Flu ssg e b ie tsm a n a g e m e n t - SWV

Streichwehr beim Kraftwerk Windisch an der Reuss, Foto R. Pfammatter
Streichwehr beim Kraftwerk Windisch an der Reuss, Foto R. Pfammatter
3-2011
22. September 2011
· Ultra-Niederdruck-Kraftwerke
· Das Magdalenen-Hochwasser
· Fliessgewässerbewertung
· Integrales Flussgebiets-
Management «Teil 1»

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II «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Roger Pfammatter
Geschäftsführer SWV,
Directeur ASAE
Extreme Ereignisse
Zehntausend Jahre – solange liegt die letzte Eiszeit
zurück. Auf dem Höhepunkt der Vergletscherung lag
der Grossteil der Schweiz unter riesigen Eisschichten
von Rhone-, Aare- und Rheingletscher. Im Alpenvorland
betrug die mittlere Lufttemperatur ca. –3 °C. Menschen
waren kaum ansässig und besiedelten erst die
nach dem Gletscherrückzug frei werdenden Flächen.
Das wissen wir aus den Geschichtsbüchern. Ein solches
Mitteleuropa bleibt aber dennoch schwer vorstellbar.
Die gleiche riesige Zeitspanne soll für die Bemessung
der Hochwassersicherheit von sensiblen Anlagen
wie Kernkraftwerken oder Stauanlagen dienen.
Konkret: ein Hochwasser, wie es statistisch einmal in
zehntausend Jahren zu erwarten ist, darf keinen Schaden
anrichten. Dabei geht es nicht nur um den Spitzenabfluss,
sondern auch um die begleitenden Prozesse
von Geschiebe und Murgängen. Mit den teilweise öffentlich
geführten Diskussionen um das AKW Mühleberg
hat die Abschätzung solcher Extremereignisse an
Brisanz gewonnen. Aber was für Abflüsse und Ereignisse
sind denn in einem solchen Zeitabschnitt zu erwarten?
«Unmögliche Fragestellung» werden die einen
sagen, «mit Modellen und Extremwertstatistik lösbar»
die anderen.
Événements extrêmes
Dix milliers d’années – le dernier âge de glace. Au plus
fort de la période glaciaire, la plus grande partie de la
Suisse se trouve sous les énormes couches des glaciers
du Rhin, du Rhône et de l’Aar. Dans les Préalpes, la
température moyenne de l’air s’élève à –3 °C. Les
humains, pour la plupart nomades, s’y établirent que
lorsque le retrait des glaciers faisait place aux surfaces
libres. Les livres d’histoire nous l’apprennent, mais
une Europe centrale telle quelle reste difficilement
concevable.
Cet énorme laps de temps sert aussi à mesurer
la sécurité contre les crues des installations sensibles
telles que des centrales nucléaires ou des ouvrages
d’accumulation. Concrètement: ces installations doivent
résister à une crue décamillénale, non seulement son
pic de crue, mais aussi aux processus concomitants
tels que les matériaux charriés et laves torrentielles. Les
discussions liées à la centrale de Mühleberg ont ouvert
la brèche au sujet de l’évaluation de tels événements
extrêmes. Mais quels sont les événements et les
débits auxquels s’attendre durant ce laps de temps?
Les uns diront «impossible d’y répondre», les autres
prôneront l’utilisation de modèles et statistiques de
valeur extrême.
Il est certain que l’indication d’une période de
récurrence est déroutante dans de tels cas. Suivant
Editorial
Klar ist: die Angabe einer Wiederkehrperiode
ist bei solchen Zeitspannen nicht zweckmässig und irreführend.
In Anlehnung an die Praxis in der Statik ist
es verständlicher, beobachtete oder gerechnete Ereignisse
mit Sicherheitsfaktoren zu beaufschlagen. Basis
bilden dabei die systematischen Pegelmessungen, die
allerdings nur gerade für rund ein Jahrhundert vorliegen.
Zusätzlich kann man sich theoretischer Modelle
zu maximalem Niederschlag, Schnee- und Gletscherschmelze
sowie Abflussprozessen bedienen. Und diese
wiederum können mit historischen Analysen ergänzt
werden (vgl. Artikel zu historischen Hochwassern in
WEL 1/2011 bzw. die Analyse zum Magdalenen-Hochwasser
von Anno 1342 ab Seite 193 in dieser Ausgabe).
Aufzeichnungen von Chronisten können trotz der vielen
Unsicherheiten bei der Rekonstruktion der Wasserstände
und Abflussmengen wichtige Anhaltspunkte zu
früheren Ereignissen geben.
Der Blick zurück zeigt, dass wir trotz den
schweren Hochwassern von 1999 und 2005 in einer vergleichsweise
ereignisarmen Zeit leben und extremere
Ereignisse in ihrem Ausmass wohl eher unterschätzen.
Da mag als Anhaltspunkt dienen, dass das Hochwasser
2005 als 50- bis 200-jährliches Ereignis eingestuft wurde
– weit von einem sehr seltenen Ereignis entfernt.
l’exemple de la statique, il serait plus compréhensible
de soumettre des événements observés ou calculés
à des pondérations. Les mesures systématiques du
niveau d’eau forment une base, toutefois uniquement
disponible sur un siècle environ. De plus, on peut
se servir des modèles théoriques de précipitation
maximale, de la fonte des neiges et des glaciers, ainsi
que des processus d’écoulement. Ceux-ci peuvent
ensuite être complétés par des analyses historiques
(cf. article sur les crues historiques paru dans WEL
1/2011, ainsi que l’analyse sur la crue de la Madeleine
de l’année 1342 à la page 193 de cette revue). Malgré
les nombreuses incertitudes lors de la reconstitution
des niveaux d’eau et de débit, les événements
historiques sont un point de repère important pour
les chroniqueurs.
Les analyses historiques montrent que, malgré
les inondations de 1999 et de 2005, nous vivons une
période relativement pauvre en événements et sousestimons
les événements extrêmes de plus grande
ampleur. Afin d’évaluer la sécurité des installations
sensibles, il est essentiel que la crue de 2005,
notamment son pic de crue selon la région, soit
considérée comme un événement ayant lieu tous les
50 à 200 ans.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden III

185 Neue Konzepte für Ultra-Niederdruck-Kraftwerke
Peter Eichenberger, Ivo Scherrer
193 Das Magdalenen-Hochwasser von 1342 – der «hydrologische GAU»
in Mitteleuropa
Eveline Zbinden
204 Einbettung von Verfahren zur Fliessgewässerbewertung in ein übergeordnetes
Gewässermanagementkonzept
Simone D. Langhans, Peter Reichert
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235
Inhalt 3l2011
Integrales Flussgebietsmanagement/
Gestion intégrale de l’espace fluvial «Teil 1»
Einführung von Anton Schleiss
Erhaltung und Förderung der Biodiversität von Fliessgewässern
Maria Alp, Theresa Karpati, Silke Werth, Walter Gostner,
Christoph Scheidegger, Armin Peter
Lebensraumverbund Fliessgewässer: Die Bedeutung der Vernetzung
Silke Werth, Denise Weibel, Maria Alp, Julian Junker, Theresa Karpati,
Armin Peter, Christoph Scheidegger
Elargissement local de l’affluent dans une zone de confluence –
Comportement morphologique et potentiel écologique
Marcelo Leite Ribeiro, Koen Blanckaert, Jean-Louis Boillat,
Anton Schleiss
IV «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden
185
193
216

243
255
Remplacement des organes de sécurité au barrage de l’Hongrin
Iwan Zurwerra, Pierre Perrottet
Nachrichten
Politik
Wasserkraftnutzung
Umwelt
Rückblick Veranstaltungen
Veranstaltungen
Agenda
Literatur
Industriemitteilungen
Branchen-Adressen
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«Wasser Energie Luft».
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden V
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Wasser als Energiequelle nutzen oder ein bestehendes Gewässer schützen? Wir setzen uns täglich mit dieser Frage auseinander:
Das umfassende Wassermanagement ist die Kompetenz des Amtes für Wasser und Abfall der Bau-, Verkehrs- und Energiedirektion
des Kantons Bern. Die Abteilung Wassernutzung ist die Leitstelle für die Interessenabwägung zwischen den wachsenden Ansprüchen
der Nutzung und dem Schutz der Ressource Wasser. Durch den zunehmenden Bedarf an erneuerbarer Energie gewinnt die Arbeit der
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für kleine und grosse Wasserkraftwerke selbstständig und im ganzen bernischen Kantonsgebiet. Dabei achten Sie auf
eine termingerechte und gesetzeskonforme Behandlung, Sanierung und Verwaltung der Wasserkraftrechte. Sie beziehen dabei die
Nachhaltigkeitsbeurteilung ein. Tatkraft ist gefragt: Sie ordnen Massnahmen bei Wasserkraft- und Wassernutzungsanlagen (Restwasser)
an und setzen diese durch. Zu Planungsgeschäften schreiben Sie Amts- und Fachberichte – dabei kommt Ihnen die Freude
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Kontakte zu Fachstellen von Kanton und Bund und sind in engem Kontakt zu den Gesuchstellern und Konzessionären.
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Ingenieurwissenschaften – Bau / Umwelt / Kultur – haben Sie idealerweise in einem Ingenieurbüro Erfahrungen sammeln können.
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und Renaturierungsstudien (inkl. hydraulische Analysen), Projektierungen, Ausführungs planungen und Bauleitungen.
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mündlich auf den Punkt bringen.
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VI «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Neue Konzepte für Ultra-Niederdruck-
Kraftwerke
Peter Eichenberger, Ivo Scherrer
1. Einleitung
An Schweizer Mittellandflüssen besteht
eine grosse Anzahl an Wehrschwellen, die
für den Erosions- und Hochwasserschutz
erstellt worden sind und die ein beachtliches,
aber ungenutztes Wasserkraftpo-
tenzial enthalten. Die Fallhöhen an diesen
Schwellen bewegen sich jedoch im Bereich
von 2 m oder weniger und geeignete
Maschinengruppen für solche Ultra-Niederdruckanlagen
waren bisher nicht verfügbar.
Bild 1. Typische Wehrschwelle in einem Schweizer Mittellandfluss, die für den Erosions-
und Grundwasserschutz benötigt wird und ein ungenutztes Wasserkraftpotenzial
im Ultraniederdruckbereich unter 3 m Fallhöhe enthält.
Bild 2. Kriterienraster für die ganzheitliche Beurteilung der Ultraniederdruck-Konzepte.
Bestrebungen in verschiedenen
Nachbarländern der Schweiz haben zu Pilotlösungen
für Ultra-Niederdruckanlagen
geführt, die jetzt an einzelnen Standorten
ausgeführt worden sind und die über einige
Monate Betriebserfahrung verfügen.
Bis auf wenige Ausnahmen wurde keines
dieser neuartigen Konzepte seit längerer
Zeit in der Schweiz eingesetzt und betrieben.
Die Tauglichkeit dieser Konzepte für
die Schweizer Mittellandflüsse wie Thur,
Töss, Limmat, Reuss, Emme, usw., die oft
Wildfluss-Charakter aufweisen, war bisher
nicht bekannt.
2. Evaluierungsprojekt
Um die mögliche Anwendung dieser neuen
Konzepte für Schweizer Mittellandflüsse zu
überprüfen, besuchte die Entegra Wasserkraft
AG in den Jahren 2010 und 2011 verschiedene
Kraftwerke in Deutschland und
Frankreich sowie Anlagen im Versuchsstadium
in der Schweiz, welche innovative
Ansätze in die Praxis umsetzen. Bei dieser
Überprüfung wurden nicht nur energietechnische
Aspekte wie Effizienz und Betriebs-
und Unterhaltsaufwendungen der
neuen Konzepte sondern auch die wasserbaulichen
Anforderungen sowie sämtliche
Umweltbelange verglichen und bewertet.
Dazu wurde ein Kriterienraster gemäss
Bild 2 definiert und angewandt.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 185

Auf die negativen gewässerökologischen
Auswirkungen einer Querschwelle
im Gewässer, die für die Wasserkraftnutzung
im Niederdruckbereich im Allgemeinen
erforderlich ist, wurde bei der vorliegenden
Untersuchung nicht eingegangen.
Solche negativen Effekte einer Staustrecke
an bestehenden Schwellen (herabgesetzte
Fliessgeschwindigkeit, Sedimentablagerungen,
monotone Gewässerstruktur,
usw.) sind sowohl mit wie auch
ohne Wasserkraftnutzung vorhanden und
beeinflussen die Wahl des Wasserkraftkonzepts
nicht.
Der Bau von neuen solchen
Schwellen im Bereich von 2 m Fallhöhe
ausschliesslich für die Wasserkraftnutzung
scheitert in der Schweiz in den meisten
Fällen sowohl an der schwierigen Bewilligungsfähigkeit
als auch an der nicht
gegebenen Wirtschaftlichkeit eines solchen
Vorhabens.
Die Investitionskosten sind nicht
direkt als spezifisches Kriterium eingeführt
worden, sondern fliessen nur indirekt
in die Bewertung ein, und zwar in Form
eines Zu- oder Abschlages bei jedem der
in Bild 2 aufgeführten Kriterien: erfüllt zum
Beispiel ein Konzept den Fischabstieg
durch die Maschine nicht, muss nach den
neuesten ökologischen Anforderungen
zusätzlich ein Fisch-Bypass erstellt werden;
dies verteuert die Anlage. In der Bewertung
wird dieses Kriterium «Fischabstieg»
deshalb als gering bis nicht erfüllt
eingestuft, obwohl die Anlage ja mit einem
Fischschutz (z.B. Feinrechen vor der Turbine)
ausgerüstet sein könnte und damit
kaum Fischschäden verursachen würde.
Die schlechte Bewertung dieses Umweltthemas
ist damit ökonomisch begründet
und enthält implizit die Investitionskosten
für Ersatzmassnahmen zugunsten der
Längsvernetzung.
Für die Beurteilung der oben definierten
Kriterien wurden bei der Evaluation
der verschiedenen Kraftwerkskonzepte
Schulnoten gemäss schweizerischer Praxis
mit Note 6 – sehr hoher Erfüllungsgrad
bis Note 1 – Kriterium wird nicht erfüllt angewandt.
Da für keines der untersuchten
Konzepte abschliessende wissenschaftliche
Untersuchungen vorliegen, ist die
Evaluation eine subjektive Einschätzung
der Autoren. Die Sicht ist jedoch nicht einseitig
auf ein einzelnes Kriterium wie z.B.
Umwelt oder Maschineneffizienz fixiert,
sondern ist die Sicht eines Investors, der
das ungenutzte Energiepotenzial an bestehenden
Wehrschwellen in Schweizer
Mittellandflüssen möglichst umweltgerecht
und effizient nutzen will. Dabei stehen
die Umweltthemen – auch im Hinblick
auf die Bewilligungsfähigkeit eines Projekts
– gleichbedeutend neben der Energieausbeute
und der Wirtschaftlichkeit der
neuen Nutzungskonzepte.
3. Konzepte mit Leistungspotenzial
über 100 kW
Bild 3. Typische Einbausituation des VLH-Konzepts; die Maschine
kann zu Revisionszwecken hydraulisch aus dem Wasser
gehoben werden.
3.1 VLH – Very-Low-Head Turbine
Das VLH-Konzept besteht aus einer einfach
regulierten Kaplanturbine und einem
direkt in der Turbinennabe angeordneten
Generator. Die Maschine wird in einer beweglichen,
überströmbaren Stauklappe integriert,
die sowohl in einer Wehrschwelle
als auch in einem Kanal eingebaut werden
kann.
Dieses Konzept wählt aus Umweltschutzgründen
tiefe Wassergeschwindigkeiten
in der Maschine. Diese wird zwar
entsprechend voluminös, durch eine
vollständige Unterwasseranordnung geschieht
dies aber nicht zum Nachteil des
Landschaftsbildes. Auch kann bei diesen
tiefen Wassergeschwindigkeiten auf ein
Saugrohr verzichtet werden, was die Wasserbaukosten
reduzieren sollte.
Im März 2007 wurde eine erste Demonstrationsanlage
mit dem VLH-Konzept
am Sitz der Firma MJ2 in Millau (F) in
Betrieb genommen. Nach einer weiteren
Entwicklungsphase wurden die ersten
kommerziellen Anlagen im Jahr 2009 installiert,
zwei davon im Kanal von Huningue
zwischen Basel und Mulhouse im
Dreiländereck Deutschland, Frankreich,
Schweiz.
Das patentrechtlich geschützte
Konzept der VLH-Turbine lässt sich wie
folgt charakterisieren:
Die gesamte Turbinen-Generatoren-
Gruppe ist beweglich in einem Kanal
aufgehängt und lässt sich für Reinigungs-
und Revisionszwecke oder bei
Hochwasser hydraulisch aus dem
Wasser heben und senken (siehe
Bild 3).
Als Generator wird eine direktgekoppelte
permanentmagnetisch erregte
Synchronmaschine verwendet, die in
der Nabe der Turbine sitzt und direkt
vom Triebwasser gekühlt wird. Die
Netzanbindung erfolgt über Frequenzumrichter
und Trafo.
Ein Rechen ist direkt vor dem Laufrad
auf der Maschine angeordnet; er wird
mit einem rotierenden Rechenreiniger
gereinigt, wobei das Geschwemmsel
über eine kleine Klappe ins Unterwasser
abgeschwemmt wird.
Das VLH-Konzept besticht durch
hohe Wirkungsgrade der Maschine und
Bild 4. Ansicht des VLH-Konzepts an der Schleuse Nr. 2, Huningue
bei Basel vom Oberwasser her. Von der gesamten Anlage ist nur
der Schwenkarm der Maschine (weiss) sowie der Container
(braun) mit den Nebenanlagen und Hilfsbetrieben sichtbar (hier direkt
über dem Unter wasser und damit unter der Geländeoberfläche
aufgestellt, da im Kanal kein Hochwasser zu befürchten ist).
186 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 5. Evaluation des VLH-Konzepts.
einen kostengünstigen Wasserbau, da
dank der Unterwasseranordnung direkt
im Triebwasser eines Kanals oder eines
Flusses keine Gebäude benötigt werden
(ausser einer Kabine für die Hilfsbetriebe
und Nebenanlagen). Diese Unterwasseranordnung
der gesamten Turbinen-Generatoren-Gruppe
ist jedoch teuer in der
Anschaffung und im Betrieb, da für die
Abdichtung des Gehäuses gegen eindringendes
Wasser u.a. ein permanenter
Überdruck mit entfeuchteter Luft benötigt
wird.
Die Darstellung der Evaluation gemäss
Bild 5 in einem Radar- oder Spinnennetzdiagramm
zeigt auf einen Blick
die Stärken und Schwächen der verschiedenen
Konzepte. Obwohl die Evaluation
Schulnoten gemäss schweizerischer Praxis
(1 schlechteste, 6 beste) benutzt, ist die
Bildung eines Gesamtnotendurchschnitts
über die 14 Kriterien nicht erlaubt, da absichtlich
keine Gewichtung vorgenommen
wurde (es herrscht z.B. ein Übergewicht
von fünf Kriterien zugunsten der Umweltthemen).
Der Investor in eine Ultraniederdruckanlage
soll auf einen Blick erkennen
können, welches Konzept sich für
seine spezifische Anwendung und dessen
Randbedingungen wohl am besten eignet,
sich aber nicht durch eine rein arithmetische
Bestnote fehlleiten lassen.
3.2 Bewegliches Kraftwerk
Das erste Pilotprojekt einer beweglichen,
über- und unterströmbaren Wasserkraftanlage
wurde am Sophienwehr/Ilm in Bad
Sulza (D) Ende September 2009 in Betrieb
genommen. Die Anlage erzeugt 60 kW
elektrische Leistung. Drei weitere Anlagen
wurden in der Zwischenzeit ausgeführt und
zwar in Gengenbach (D) an der Kinzig (Mai
2010; 550 kW), in Offenburg (D) am Grossen
Deich, Kinzig (Juli 2010, 465 kW) und in
Kradolf-Schönenberg
(CH) an der
Thur (Mai 2011, 2 ×
800 kW).
Das bewegliche
über- und unterströmbare
Wasserkraftwerk besticht
durch die folgenden Innovationen:
Das in einem Betontrog angeordnete
schwenkbare Krafthausgehäuse mit
Turbinen-Generatorengruppe ersetzt
einen beweglichen Wehrverschluss
(siehe Bild 6).
Das Krafthaus ist anhebbar, um Geschiebe
und Geschwemmsel direkt
durch den Trog weiterzugeben; daraus
ergeben sich Bauvereinfachungen:
das Konzept benötigt weder einen
Kiesfang noch einen separaten Geschiebespülkanal/Grundablass.
Das Krafthaus fällt optisch und akustisch
nicht auf, weil es unter Wasser
angeordnet ist.
Bild 6. Bewegliches Kraftwerk im Längs schnitt mit Rechen-Turbine-Generator-Saugrohr
in einer Klappe «Krafthausgehäuse»
eingebaut (Quelle: Hydro-Energie Roth GmbH).
Durch das überströmbare Krafthausgehäuse
ist der Fischabstieg, aber
auch die Geschwemmselweitergabe
möglich; speziell für bodenorientierte
Fische ist auch ein Fischabstieg durch
den Trog unter dem Krafthausgehäuse
hindurch vorstellbar.
Die ungenutzte Energie bei erhöhten
Abflüssen kann durch ein Anheben der
Maschine und ein Unterströmen teilweise
genutzt werden. Bei dieser Betriebsart
tritt am Saugrohrende eine
Ejektorwirkung auf, welche mehr Wasser
als normal durch die Turbine zieht
und zur Steigerung der Energieproduktion
genutzt werden kann. Diese
Idee zur indirekten Nutzung des Über-
Bild 7. Bewegliches Kraftwerk an der Kinzig bei Gengenbach (D) vom Unterwasser her
gesehen: rechts der Trog mit dem Krafthausgehäuse, links die Fischauf stiegshilfe in
Form eines Rauhgerinne-Beckenpasses.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 187

Bild 8. Evaluation des beweglichen Krafthauses. Bild 9. Heberturbinen des MHyLab-Konzepts in Vallorbe.
wassers ist nicht neu, sondern wurde
bereits 1909 vorgeschlagen und später
in den Rhein-Kanalkraftwerken in
Kembs und Ottmarsheim auch umgesetzt.
Das Konzept des beweglichen
Kraftwerks kann die hohen Erwartungen
an dessen Umweltverträglichkeit sehr gut
erfüllen; hingegen ist auch hier wie schon
beim VLH-Konzept die komplette Unterwasseranordnung
der Turbinen-Generatoren-Gruppe
aus Sicht des Betriebs
und des Unterhalts nicht unbedingt vorteilhaft.
Einmal erstellt, sieht das bewegliche
Kraftwerk kompakt und unauffällig
aus und scheint wie geschaffen für den
Einbau in eine bestehende Wehrschwelle.
Hingegen sind die Wasserbau- und Spezialtiefbauarbeiten
beim Einsatz eines beweglichen
Kraftwerkes an bestehenden
Schwellen an Schweizer Flüssen, die oft
auf Fels fundiert sind oder dann in einem
Grundwasserleiter liegen, nicht zu unterschätzen:
Für die Betonarbeiten beim Bau des
langen Troges im Tosbecken- und
Kolkbereich der Schwelle sind aufwändige
Baugrubenabschlüsse und entsprechend
aufwändige Wasserhaltungen
auszuführen. Die Baustelle
im Fluss ist hochwassergefährdet. Bei
konventionellen Buchtenkraftwerken
geschieht dies meist ausserhalb des
Flusses «im Trockenen».
An den bisher gebauten beweglichen
Kraftwerken wurden für die Baugrubenumschliessung
rückverankerte,
überschnittene Bohrpfähle verwendet.
Eine Zufahrt für das grosse Bohrgerät
besteht oft nicht und muss zuerst
gebaut werden und ist damit mit hohen
Kosten verbunden. Für kleinere Anlagen
im Stile von Bad Sulza mit 60 kW
Nennleistung rechnen sich solche Bau-
weisen in der Regel nicht. Auch ist diese
Bauart mit überschnittenen Bohrpfählen
in der Schweiz nicht immer bewilligungsfähig,
weil sie nicht rückgebaut
werden können und damit den
Grundwasserleiter einstauen.
Wegen des Auftriebs auf den Trog im
Revisionsfall müssen die Sohle und
die niedrigen Seitenmauern sehr massiv
ausgeführt werden. Hier helfen
keine Maschinenhaus-Aufbauten (wie
bei konventionellen Buchtenkraftwerken)
das Gewicht zum Ausgleichen der
Auftriebskräfte aufzubringen.
Besonders geeignet erscheint das
bewegliche Krafthaus für Standorte, die
nur einen geringen Landbedarf und eine
geringe Störung des Landschaftsbildes
zulassen.
3.3 Heberturbine
Das Konzept der Heber- oder Siphonturbine
ist schon seit längerem bekannt und
wird immer wieder angewandt. Es steht mit
seiner Anordnung der Turbine über dem
Oberwasserspiegel eigentlich in komplettem
Gegensatz zu den in den vorangegangenen
Kapiteln evaluierten Konzepten,
die die Maschine ins Wasser eintauchen.
Mit der Anordnung der Turbine über dem
Oberwasserspiegel können:
Baukosten gespart (keine tiefgründigen
Saugrohre);
einfache, nicht wasserdichte Komponenten
gewählt, und
eine gute Zugänglichkeit für die Wartung
aller Komponenten gewonnen
werden.
Das MHyLab aus CH-Montcherand
hat im Rahmen des SEARCH LHT (Small
Efficient Axial Reliable Compact Hydro
Low Head Turbine), eines EU-finanzierten
Forschungs- und Entwicklungsprojekts,
zwischen 2002 bis 2006 eine Heberturbine
neu entwickelt, die direkt über eine Wehr-
schwelle eingebaut, kleine Fallhöhen im
Bereich von 0.5 m bis 3.5 m nutzen kann,
ohne zusätzlichen Wasserbau zu beanspruchen.
Die einfache Konstruktion soll modular
gefertigt resp. mit einem Einheitsdurchmesser
ausgerüstet werden. Die
Anpassung an unterschiedliche Fallhöhen
und Durchflüsse geschieht durch Anpassen
der Drehzahl (andere Scheiben des
Riementriebs) und durch den Einsatz von
mehreren Maschinen nebeneinander.
Dieses auf den ersten Blick bestechende
Konzept wurde bisher erst in einer
einzigen Anlage eingebaut, und zwar in der
UMV SA in Vallorbe an der Orbe im Jahre
2009 (zwei baugleiche Maschinen nebeneinander).
Leider ist die Anlage in Vallorbe für
die vorliegende Untersuchung nicht repräsentativ,
weil die Turbinen am Ende eines
Ausleitkanals im Fabrikgebäude statt an
der bestehenden Wehrschwelle angeordnet
sind. Viele Kriterien lassen sich dadurch
nicht abschliessend beurteilen. Es
wurde deshalb nur das Potenzial, nicht
aber die konkret ausgeführte Anlage des
Heberkonzepts gemäss MHyLab evaluiert
(siehe Bild 10).
Mit dem Heberkonzept lassen sich
praktisch keine der heute überall geforderten
Umweltaspekte integral mit der
Maschine lösen, sondern müssen in Form
von Fischauf- und -abstiegshilfen und
Geschiebeabzugseinrichtungen durch
die Wehrschwelle separat gelöst werden,
was Landbedarf und Kosten erhöht. Auch
an Standorten mit hohen Anforderungen
an den Landschafts- und Lärmschutz ist
die Anwendung des Heberkonzepts nicht
unproblematisch. Gute Noten können jedoch
bezüglich Effizienz und Betriebskosten
erwartet werden, obwohl die Robustheit
und Langlebigkeit der technischen
Lösung von MHyLab mit nur einer Pilot-
188 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 10. Evaluation der Heberturbine gemäss Konzept MHyLab.
anlage noch nicht abschliessend beurteilt
werden kann.
3.4 Weitere Konzepte
Es erstaunt nicht, dass die Unterwasseranordnung
der gesamten Turbinen-Generatoren-Gruppe
wie die oben beschriebenen
Konzepte von VLH und Hydro Roth
von weiteren Firmen und Entwicklern aus
dem EU-Raum verfolgt wurde, weil dort offenbar
die Forderung gilt, dass die Wasserkräfte
möglichst unsichtbar und versteckt
genutzt werden sollten. So wurde die sogenannte
DIVE-Turbine aus Deutschland
in den Jahren 2006 und 2007 mit vollständiger
Unterwasseranordnung unter Verwendung
eines permanentmagnetisch
erregten Synchrongenerators und einer
einfach regulierten Propeller-Turbine mit
Frequenzumrichter bereits an drei Anlagen
erfolgreich eingesetzt. Anschliessend fand
eine Zusammenarbeit des DIVE-Teams
mit der TU München im Rahmen des nachfolgend
beschriebenen Schachtkonzepts
statt, welches neuartige Überlegungen zu
den Wasserbau- und Umweltaspekten
der Wasserkraftnutzung im Niederdruckbereich
einbrachte.
Das Schachtkonzept beschreitet
einen neuen Weg in der Maschinenanordnung
im Fluss, indem die Wasserausleitung
in eine Bucht am Ufer verlassen wird
und der Einlauf in ein vollständig unter
Wasser angeordnetes Kraftwerk direkt
im Fluss, und zwar über einen Horizontalrechen
stattfindet. Der Saugschlauch der
Turbine führt durch das Wehr hindurch ins
Unterwasser (siehe Bild 11).
Die Promotoren gehen von weitreichenden
Vorteilen des Schachtkonzepts
aus:
Der Schacht mit der Unterwasserturbine
wird nicht am Ufer, sondern im
Fluss angelegt, so dass der Horizon-
talrechen von
drei Seiten angeströmtwerden
kann. Damit
ist keine Strömungsumlenkung
in der Horizontalen
zum
Ufer hin z.B. in ein Buchtenkraftwerk
erforderlich. Es soll dadurch zu keiner
Verlandung des Stauraumes und des
Unterwassers auf der dem Kraftwerk
gegenüberliegenden Flussseite mehr
kommen.
Da die Kraftwerksbauten ausschliesslich
im Flussschlauch angeordnet werden,
sind keine grossflächigen Ufereingriffe
nötig, die nicht nur vom Landschaftsschutz
sondern auch von den
Kosten her nachteilig für die Nutzung
kleiner Fallhöhen sind.
Das Problem des Geschiebeeinzugs in
das Kraftwerk besteht beim Schachtkonzept
nicht, weil die Wasserfassung
nicht bis auf die Flusssohle reicht,
sondern nahe an der Wasseroberfläche
bleibt.
Da es noch keine ausgeführten
Anlagen dieses Typs gibt, kann – nur gestützt
auf die bisherigen Untersuchungen
im Labor – noch keine abschliessende Bewertung
vorgenommen werden.
4. Konzepte mit Leistungspotenzial
bis ca. 100 kW
4.1 Wasserwirbelkraftwerk (WWK)
Das Wasserwirbelkraftwerk besteht aus
einem kreisrunden Becken mit mittigem
Auslauf, in welchem ein Wasserwirbel erzeugt
wird, der einen Rotor mit Generator
antreibt. Das Wasserwirbelkraftwerk
wurde eindeutig mit der Zielsetzung für
eine ökologischere Ausgestaltung von
Bild 11. Aufbau des Schacht-Konzepts am Beispiel der Modellanlage
an der TU München, Obernach; Quelle: TU München;
Prof. Dr. Ing. Rutschmann, in hydrolink No. 2/2011 (Supplement
to JHR – Vol 49 – No. 2).
Wasserkraftanlagen im Ultraniederdruckbereich
initiiert. Es werden ausdrücklich
tiefe Fliessgeschwindigkeiten des Wassers
beim Rotordurchlauf gewählt, um die
ökologische Verträglichkeit der Maschine
zu maximieren; entsprechend gross und
voluminös wird aber die Maschine resp.
die zugehörigen Teile (Rotationsbecken).
Mittlerweile wurde neben der ersten Pilotanlage
in Obergrafendorf, Österreich, auch
ein erstes Wasserwirbelkraftwerk an der
Suhre in Schöftland (AG) in der Schweiz
erstellt und Ende November 2009 mit grossem
Medienecho in Betrieb genommen.
Projektträger ist die Genossenschaft Wasserwirbelkraftwerke
Schweiz (GWWK).
Die Idee des WWKs entstand aus
dem Ziel, die Renaturierung von Flussläufen
mit der Energiegewinnung zu kombinieren.
In einem natürlich mäandrierenden
oder gut strukturierten Fluss herrscht eine
grosse hydraulische Vielfalt, welche sich
als Abfolge von einerseits tiefen, strömungsberuhigten
Gewässerbereichen mit
Fischunterständen und anderseits flachen
Uferbuchten mit Widerwasser und Seitenarmen
äussert und damit eine hohe Habitatsqualität
des Gewässers ausmacht. Für
die Initianten der Wasserwirbeltechnologie
stellt die Erzeugung von künstlichen
Wirbeln in einem Wasserwirbelkraftwerk
auch eine Korrektur der negativen Auswirkungen
von begradigten und korrigierten
Flussabschnitten mit geringer Vielfalt dar.
Dieser Kraftwerkstyp verbindet sozusagen
die Gewässer-Renaturierung mit der
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 189

Bild 12. Rotor im Wasserwirbelkraftwerk
Schöftland an der Suhre (AG).
Bild 14. Evaluation des Wasserwirbelkraftwerks Schöftland an der Suhre.
Strom erzeugung auf neuartige Weise. Zur
Zeit enttäuscht das Konzept des WWKs
bei der Effizienz: die Wirkungsgrade sind
noch so tief, dass ein wirtschaftlicher Betrieb
nicht möglich ist, da nicht nur die Erträge
gering sondern auch die Kosten für
Becken und Kanal verhältnisweise hoch
sind. Es wird intensiv an verbesserten Rotoren
gearbeitet. Bei den Umweltaspekten
glänzt die Pilotanlage einzig durch den
schadensfreien Abstieg der Fische durch
die Maschine; bei allen übrigen Themen
wie Sedimentdurchgängigkeit, Landschaftsbild
und Lärmemissionen hebt sich
das Konzept der WWK kaum von konventionellen
Kraftwerken ab.
4.2 Hydro-kinetische Wandler
Die hydro-kinetische Turbine bedarf keiner
baulichen Massnahmen wie Dämme,
Schleusen oder Fischaufstiegshilfen. Sie
nutzt nur die kinetische Energie des fliessenden
Wassers. Deshalb passt dieses
Bild 13. Darstellung des Wasserwirbelkraftwerks Schöftland an der Suhre (Quelle:
Bachelor-Arbeit FHNW 2011, ergänzt durch die Autoren).
Konzept eigentlich nicht in die Zielsetzung
der vorliegenden Untersuchung, nämlich
die heute verfügbaren Technologien für die
energetische Nutzung der vielen bestehenden
Querbauwerke in Schweizer Flüssen
zu evaluieren. Weil sich viele Investoren für
dieses in den Medien oft gezeigte Konzept
interessieren, wurde es trotzdem kurz untersucht.
Erste Versuche mit hydro-kinetischen
Turbinen gehen auf frühe Arbeiten
von ITDG in England zurück, der Garman-
Turbine (1987). Später kam die belgische
Firma Rutten mit verschiedenen Wasserrädern
auf Pontons recht weit. Einen völlig
neuen Weg ging die Firma Aqua Libre
aus Wien mit ihrer «Strom-Boje», die ein
im Wasser völlig eingetauchtes Laufrad
mit anschliessendem Diffusor vorschlägt.
Der erste Prototyp der Aqua Libre mit
150 cm Rotor wurde ab Dezember 2006
in der Donau bei Weissenkirchen in der
Wachau getestet. Seither wurden viele
Verbesserungen aufgenommen und an
der Optimierung der Leistung, der Form
und der Herstellung gearbeitet. Seit Herbst
2009 schwimmt der zweite, schon seriennahe
Prototyp – die Strom-Boje 2 – in der
Donau.
Einen ähnlichen Ansatz verfolgen
die drei Firmen Hydro Green Energy
(Houston, Texas), die KSB, Pumpenhersteller
aus Frankenthal (D) und die Smart
Hydro Power GmbH aus Feldafing bei
München (D). Die erste 100 kW-Anlage der
Hydro Green Energy ging 2009 im Mississippi
bei Hastings in Betrieb. Über die Betriebserfahrungen
ist nichts bekannt. Die
Entwicklung der KSB wurde im Oktober
2010 im Rhein bei St. Goar erstmals eingesetzt.
Die 5 kW-Turbine der Smart Hydro
Power GmbH wurde erst im April 2011 der
Öffentlichkeit vorgestellt.
Mit der Entwicklung am weitesten
fortgeschritten ist die Aqua Libre mit ihrer
Strom-Boje 2. Die Anforderungen für einen
wirtschaftlichen Einsatz einer Stromboje
sind:
eine Strömungsgeschwindigkeit von
zwischen 1.5 m/s und 3.5 m/s
Wassertiefen von mind. 3 m.
In Schweizer Mittelland-Flüssen
existieren Wassertiefen von 3 m und mehr
nur in Aare, Rhone und Rhein und auch
dort ganzjährlich nur im Bereich von bestehenden
Wasserkraftanlagen. In frei fliessenden
Flussstrecken sind solch grosse
Wassertiefen nicht ganzjährlich verfügbar.
Strömungsgeschwindigkeiten von über
2 m/s finden sich ausserdem am Prallufer
bei Gewässerbiegungen und im Hochwasserfall.
Am Prallufer wird man eine hydrokinetische
Turbine nicht einsetzen wollen,
weil dort das Geschwemmsel auftrifft (inkl.
ganzer Baumstämme im Hochwasserfall),
welches die am Grund fixierte Maschine
190 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

verklausen oder beschädigen kann. Werden
wie von den Promotoren dieser Konzepte
postuliert, ganze Serien von hydrokinetischen
Turbinen hinter und nebeneinander
in den Fluss gehängt, um grössere
Leistungen zu erzielen, wird ein leichter
Aufstau des Flusses spürbar werden, der
die Leistung von bestehenden Flusskraftwerken
in der Nähe reduzieren kann. Es ist
physikalisch nicht möglich, die Maschinen
im Fluss zu platzieren und dem fliessenden
Wasser Energie zu entziehen, ohne dass
sich mit der Turbinen-Serie flussaufwärts
ein neuer höherer Wasserspiegel ausbildet
als ohne die Serie. Die Bewilligungsfähigkeit
einer solchen Serie von hydrokinetischen
Turbinen z.B. innerhalb der
Konzessions- resp. Staustrecke eines
bestehenden Flusskraftwerks ist deshalb
als nicht gegeben einzustufen. Diese Tatsache
schränkt die kommerzielle Nutzung
der hydrokinetischen Turbinen in Schweizer
Mittellandflüssen stark ein. In grossen
Flüssen im Ausland (Donau, Mississippi,
Amazonas, usw.) sind diese Einschränkungen
weniger relevant.
Unbestritten ist die hervorragende
ökologische Verträglichkeit dieses
Konzepts (Sedimentdurchgängigkeit,
Fischabstieg, Landschaftsbild, Lärmimmissionen).
Abgesehen davon, dass die
Bedingungen bezüglich Wassertiefe und
Fliessgeschwindigkeiten, die einen Einsatz
der hydrokinetischen Turbinen in
Schweizer Flüssen erlauben, an nur wenigen
Standorten gegeben sind, muss sich
jeder Investor klar sein, dass die besonderen
Risiken dieser Technologie in Schweizer
Fliessgewässern nicht unerheblich
sind (Geschwemmsel, Verklausung, Zugänglichkeit,
Langlebigkeit, Bewilligungsfähigkeit).
Bild 15. Prinzipskizze der Wasserkraftschnecke (Quelle: Ritz-
Atro).
4.3 Wasserkraftschnecke
Als Archimedische Schnecke ist die Wasserförderschnecke
seit dem Altertum bekannt.
Neu ist die Anwendung, aus der
energetischen Umkehrung ihrer Arbeitsweise,
eine Kraftmaschine zur Energiegewinnung
zu machen.
Die Firmen Ritz-Atro (Nürnberg
D), Rehart (Ehingen D), Spaans Babcock
(Balk NL) und Landustrie (Sneek NL) haben
zusammen bereits über 100 Wasserkraftschnecken
installiert, davon auch deren
drei in der Schweiz (Derendingen, Ennenda
und Hirschthal).
Der Nachteil der Einzelfertigung zur
Anpassung an von Ort zu Ort verschiedene
Fallhöhen- und Abfluss-Bedingungen
entfällt dadurch, dass im Gegensatz zu
herkömmlichen Wasserrädern bei Wasserkraftschnecken
kein Zusammenhang
zwischen Fallhöhe und Durchmesser besteht.
Der Schneckendurchmesser hängt
nur vom Wasserdargebot ab. Die Übereinstimmung
mit Wasserförderschnecken
(Abwasserreinigungsanlage) ermöglicht
zudem die Auswahl unter Normteilen der
Hersteller.
Moderne Wasserkraftschnecken
sind unkompliziert in Bau, Betrieb und Wartung.
Sie bestehen im Wesentlichen aus
einem Trog, einer Wasserkraftschnecke
und einer Abtriebseinheit (siehe Bild 15).
Ihr Vorteil gegenüber Turbinen liegt zum
einen im relativ flachen Wirkungsgradverlauf.
Typische Gesamtwirkungsgrade
der Schnecken liegen inklusive Getriebe
und Generator zwischen 70 und 80%,
also nur max. 10% tiefer als bei Turbinen
modernster Bauart. Zum anderen sind die
Schnecken etwas kostengünstiger in ihrer
Errichtung, da der Feinrechen entfällt. Die
Reinigung des Grobrechens erfordert je-
doch in Schweizer Verhältnissen einen
nicht zu unterschätzenden Betriebsaufwand
und eine Rechenreinigungsmaschine
muss trotzdem fast immer vorgesehen
werden.
Die Ausbauwassermenge der
Wasserkraftschnecke ist auf ca. 8 m 3 /s
limitiert (Quelle Rehart GmbH). Zur Nutzung
grösserer Wassermengen müssen
mehrerer Wasserkraftschnecken parallel
geschalten werden. Wasserkraftschnecken
können selbstregelnd mit konstanter
Drehzahl (OW-Spiegel fällt ab) oder drehzahlvariabel
über Frequenzumrichter betrieben
werden; letzteres ist nötig, wenn
trotz abnehmendem Durchfluss der Oberwasserspiegel
unverändert gehalten werden
soll. Dies ist für Schweizer Flüsse
in den meisten Fällen der Fall, weil ja für
einen kons tanten Abfluss durch die Fischaufstiegshilfe
ein geregelter Oberwasserspiegel
erforderlich ist.
Nachteilig an der Wasserkraftschnecke
sind zum einen die Verluste bei
variablem Unterwasserspiegel (bei hohem
UW-Spiegel ergiesst sich Flusswasser zurück
in die Schnecke und erzeugt neben
energetischen Verlusten Stösse und Lärm)
und zum anderen die offene Konstruktion
der Schnecke, die eine Aufstellung
an lärmempfindlichen Standorten verunmöglicht.
Etwas Abhilfe schafft eine Abdeckung
der Schnecke, was auch im Hinblick
auf die Eisbildung am Trog im Winter meist
ohnehin erforderlich wird; trotzdem können
die Probleme durch Eis (wegen des
«Freispiegelabflusses» in der Maschine)
nicht immer vermieden werden.
Ideal ist der Einbau der Wasserkraftschnecke
in Ausleitkanälen, die vor
Hochwasser geschützt sind und meist
einen klar definierten Unterwasserspiegel
Bild 16. Evaluation der Wasserkraftschnecke.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 191

haben. Der Einbau direkt an bestehende
Schwellen in den grösseren Schweizer
Flüssen (das Ziel der vorliegenden Untersuchung)
ist wegen potentieller Schäden
durch Hochwasser und vor allem durch
Schwemmgut vorsichtig abzuwägen.
Die Technologie der Wasserkraftschnecke
zeichnet sich in den Bereichen
Umwelt und Wasserbau nicht durch wirkliche
Innovationen aus. Punkten kann die
Wasserkraftschnecke durch ihren einfachen
Betrieb und Unterhalt sowie durch
den recht hohen Wirkungsgrad, sofern
der Betrieb der Anlage nicht durch einen
stark variablen Unterwasserspiegel gestört
wird.
4.4 Weitere Konzepte
Für die Nutzung kleinster Fallhöhen kombiniert
mit relativ geringen Durchflüssen
stehen seit dem Altertum die Wasserräder
in verschiedenen Ausgestaltungen zur
Verfügung. Für die Stromerzeugung sind
diese jedoch wegen ihrer geringen Drehzahl
nicht besonders geeignet, so dass
in den letzten Jahren neue Konzepte von
wasserradähnlichen Wandlern wie die
Staudruckmaschine und die Lammellenturbine
entwickelt worden sind.
Die Staudruckmaschine besteht
aus einem quer zur Fliessrichtung liegenden
Schaufelrad mit Nabe (Durchmesser
= Stauhöhe). Die Nabe des Antriebsrades
wirkt als Stau und ersetzt das sonst erforderliche
Wehr resp. den Wehrverschluss.
Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts
«HYLOW», welches die Entwicklung
von wirtschaftlichen und ökologisch
effektiven Wasserkraftwandlern für niedrigste
Fallhöhen bis 2.5 m zum Ziel hat,
wurden zwei Pilotprojekte von Staudruckmaschinen
in Deutschland und in Bulgarien
gebaut. Es bestehen noch keine
Betriebserfahrungen und auch noch kein
Anbieter einer kommerziellen Staudruckmaschine,
so dass keine eigentliche Evaluation
durchgeführt werden konnte.
Die theoretischen Untersuchungen
und die Labortests zur Stau- oder Wasserdruckmaschine
an der Universität
Southampton (Prof. Gerald Müller) haben
aber gezeigt, dass:
Wasserdruckmaschinen die einzigen
Wandler sind, die bei kleinen Fallhöhen
von 1 m bis 2.5 m grosse Durchflüsse
bis 4 m 3 /s pro Meter Breite verarbeiten
können; Wasserräder moderner
Bauart bringen es auf max. 1.2 m 3 /s/m;
Wasserdruckmaschinen mit geringe -
ren Raddurchmessern auskommen
als vergleichbare Wandler wie Wasserräder
und sich so besser in die Landschaft
einfügen lassen.
Wasserdruckmaschinen mit höheren
Drehzahlen arbeiten (n t > 15 min -1 ) als
vergleichbare Wasserräder (die bei
unter 7 min -1 liegen) und damit etwas
leichter zum Antrieb eines Generators
zur Stromproduktion herangezogen
werden können.
Seit Ende 2008 ist eine Weiterentwicklung
der unterschlächtigen Wasserräder
auf dem Markt, und zwar die sogenannte
Lamellenturbine der Firma BEW-
Power aus Österreich. Diese Maschine soll
sowohl die kinetische Energie wie auch die
Lageenergie des Wassers, meistens aus
einem Kanal, nutzen. Damit ist es kein rein
unterschlächtiges Wasserrad. Es werden
mechanische Wirkungsgrade an der Welle
von sagenhaften 90% angegeben.
Das besondere dieser Maschine
sind die Schaufeln des Rades sowie die
hohen Drehzahlen von 50 min -1 und mehr,
was einerseits die Baugrösse der Maschine
reduziert und andererseits die Anforderungen
für den Antrieb eines Generators
erleichtert.
Bisher bestehen zwei Anlagen mit
Lamellenturbinen, und zwar in Gumpoldskirchen
und Feldkirchen bei Graz (beide
Österreich). In den letzten drei Jahren
wurde wohl keine weitere Anlage installiert.
Insbesondere der angegebene Turbinen-Wirkungsgrad
von 90% scheint
unglaublich hoch; bisher erreichten unterschlächtige
Wasserräder ca. 40% und mittelschlächtige
max. 75%. Um das Teillastverhalten
der Maschine zu verbessern und
die Netzbedingungen einhalten zu können,
wird neben einem mehrstufigen Getriebe
auch ein Frequenzumrichter benötigt.
Die Gesamtwirkungsgrade bis zum Netz
fallen damit auf ca. 60%. Der Vorteil der
Lamellenturbine reduziert sich damit auf
die kompaktere Bauweise, welcher aber
durch eine höhere Fischmortalität beim
Turbinendurchgang und grössere Lärmimmissionen
erkauft wird. Die Kos ten für
die elektromechanische Ausrüstung, d.h.,
ohne Wasserbaukosten sind vergleichbar
mit den Kosten eines mittelschlächtigen
Wasserrades aus Schweizer Produktion.
Da die Lamellenturbine als Wasserrad
sich nicht besonders für die Nutzung
des Wasserkraftpotenzials von bestehenden
Querschwellen in Flüssen eignet,
sondern eher an Ausleitkanälen eingesetzt
werden kann, wurde keine eigentliche Evaluat
5. Schlussfolgerungen
und Ausblick
Ingesamt wurden sieben Pilotlösungen
und drei schon länger bekannte Wasserkraftmaschinen
für kleinste Fallhöhen
identifiziert und deren Anwendung für
Schweizer Verhältnisse teilweise evaluiert.
Es zeigte sich, dass:
einige der besuchten Anlagen erst im
Jahre 2010 in Betrieb genommen werden
konnten und deshalb noch kaum
über relevante Betriebserfahrungen
verfügen;
zum Teil noch viele Kinderkrankheiten
vorherrschen und die Entwicklung
nicht abgeschlossen ist;
für zwei Konzepte (Wasserdruckmaschine
und Schachtkraftwerk) noch
keine Anbieter von tatsächlich käuflichen
Maschinen und Anlagen auf dem
Markt sind; diese Konzepte sind noch
im Entwicklungsstadium bei Universitäts-Instituten;
keines der insgesamt 10 untersuchten
Konzepte eine Lösung für sämtliche
Anwendungsfälle darstellt; vielmehr
müssen die spezifischen Anforderungen
der verschiedenen Ultra-Niederdruck-Standorte
analysiert und das
jeweils bestgeeignete Konzept gewählt
werden. Die vorliegende Untersuchung
kann dazu eine Systematik
und erste Anhaltspunkte geben.
Verdankung
Die vorliegenden Untersuchungen zu den neuen
Konzepten im Ultraniederdruck-Bereich wurden
vom Forschungsprogramm Wasserkraft
des Bundesamtes für Energie (BfE) unterstützt.
Für die Beurteilung und Benotung waren jedoch
ausschliesslich die Autoren des Berichts
verantwortlich, die sich als Investoren und Betreiber
von Kleinwasserkraftanlagen vor allem
von Risikoabschätzungen (Unterwasseranordnung)
und Überlegungen zur Langlebigkeit der
Anlagen und weniger von Versprechungen der
Promotoren zu Wirkungsgraden und Kosteneinsparungen
der verschiedenen Konzepte leiten
liessen.
Anschrift der Verfasser
Peter Eichenberger, Ivo Scherrer
Entegra Wasserkraft AG, Reichsgasse 3
CH-7000 Chur
Tel. +41 81 511 11 60
peter.eichenberger@entegra.ch
ivo.scherrer@entegra.ch
www.entegra.ch
192 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Das Magdalenen-Hochwasser von 1342 –
der «hydrologische Gau» in Mitteleuropa
Eveline Zbinden
Zusammenfassung
Die herausragendste, historisch belegbare Überschwemmungskatastrophe in Mitteleuropa
fand im Sommer 1342 – sechs Jahre vor der Grossen Pest 1348 – statt.
Sintflutartige und flächenhaft über Mitteleuropa verbreitete Niederschläge lösten am
Magdalenentag (22. Juli) eine Flutwelle aus, wie sie in Höhe und Ausmass seither
nicht wieder zu beobachten war und in allen mitteleuropäischen Flussgebieten ein
ungeheuerliches Schadensbild hinterliess. Die Brücken in Regensburg, Bamberg,
Würzburg, Frankfurt, Dresden und Erfurt wurden zerstört, und das Wasser überflutete
die Innenstädte mit ihren Plätzen, Kirchen und Rathäusern. Es ist anzunehmen, dass
zehntausende Menschen in den Fluten ertranken. In ländlichen Gebieten kam es zu
einem extrem starken Oberflächenabfluss, das Hochwasser riss tiefe Schluchten,
und die Bodenerosion erreichte katastrophales Ausmass. Kein Einzelereignis in historischer
Zeit hatte einen derartigen Einfluss auf die Landschaftsoberfläche der Einzugsgebiete
von Donau, Neckar, Main, Lahn, Rhein (unterhalb der Neckarmündung),
Weser, Elbe und Eider wie dieses Hochwasser. In weiten Gebieten wurde die Ernte
vernichtet, es kam zu Teuerung und Hungersnöten. Das Hochwasser zählt zu den
schwersten Naturkatastrophen im Europa der letzten 1000 Jahre, und die Veränderungen
des Reliefs, der Böden und damit der Landnutzung wirken bis heute nach.
1. Einleitung
Wetter, Klima, Extremereignisse und dadurch
verursachte Naturkatastrophen sind
Themenbereiche, die unsere Gesellschaft
in besonderem Masse berühren [13]. Heutzutage
werden nach grossen Hochwasserereignissen
regelmässig Vergleiche
gezogen, Rangzahlen vergeben, Jährlichkeiten
berechnet, Ursachen diskutiert und
Trends ermittelt [11]. Vielen Mitteleuropäern
sind die Hochwasser an Oder (1997)
und Elbe (2002) in Erinnerung. Man sprach
in diesem Zusammenhang oft von «Jahrhundertflut»,
um auf die Grösse des Ausmasses
hinzuweisen.
Neben Abflussreihen und Schätzverfahren
bildet die Hochwassergeschichte
mit der Ereignisanalyse historischer
Extremereignisse die Grundlage für eine
fundierte Hochwasserabschätzung mit
Jährlichkei ten, wofür möglichst genaue
und weit zurückreichende Kenntnisse
über die Hochwasseraktivität, wie Pegel,
Abflüsse und Fliessgeschwindigkeiten benötigt
werden [11], [36].
Um eine Einordnung des Geschehens
vornehmen zu können, sind möglichst
lange Zeitreihen der verschiedenen
hydrologischen Grössen unabdingbar.
Seit Ende des 18. Jahrhunderts liegen für
zahlreiche Flussgebiete in Deutschland
erste instrumentelle Pegel- und Durchflussmessungen
vor. Der den Analysen
zugrunde liegende Untersuchungszeitraum
von bis zu 200 Jahren ist recht kurz
bemessen, um die Variabilität der Hochwasser
und ihrer Folgewirkungen zu erfassen.
Die Erweiterung kurzer Abflussmessreihen
mit Erkenntnissen aus historischen
Hochwassern kann bei der Abschätzung
seltener Hochwasserabflüsse (HQ) wesentlich
dazu beitragen, die Sicherheit der
Abschätzungen zu erhöhen [14] und die
Extremwertstatistik auf einem grösseren
Datensatz abzustützen [31].
Im vorliegenden Artikel wird der
Frage nach dem konkreten Ausmass
eines extremen Hochwasserereignisses
und dessen Einfluss auf Mensch und Natur
nachgegangen, wobei das Hochwasser
von 1342 hier als Fallbeispiel dient, weil
es das bisher grösste historisch belegte
Hochwasser in Mitteleuropa darstellt.
In einem ersten Teil wird als Basis
der Untersuchung die Methodik und die
Quellenlage vorgestellt, die zur Analyse
dieses historischen Hochwassers verwendet
wurden. Darauf folgt eine Be-
schreibung des Hochwasserereignisses
mit einem Rekonstruktionsversuch von
Pegel und Abflüssen sowie selbst Bodenerosionsraten.
Als nächstes wird der Frage
nach den möglichen Ursachen nachgegangen,
und die Auswirkungen auf Gesellschaft
und Landschaft werden diskutiert.
Schliesslich wird die Bedeutung der Analyse
von Extremereignissen für die heutige
Hochwasserabschätzung erläutert.
2. Methoden und Quellen
2.1 Der breite Fächer der Methodik
Die Rekonstruktion von Hochwasserverhältnissen
anhand von Messreihen dient
heute vorwiegend der Berechnung von
Hochwasserwahrscheinlichkeiten im Rahmen
des Wasserbaus. Die historische
Klimaforschung, die sich u.a. mit der Rekonstruktion
vergangener Hochwasser
befasst, bedient sich insbesondere für die
Grundlagenforschung historisch-vergleichender
(qualitativer) Methoden und für
weitere Auswertungen und die Ermittlung
von Kennzahlen eines naturwissenschaftlich-statistischen
(quantitativen) Vorgehens.
Die dafür relevanten Disziplinen mit
ihrer Methodenvielfalt sind breit gefächert.
Dazu gehören neben Geschichte, Klimatologie
und Hydrologie auch Geomorphologie,
Geoökologie, Bodenkunde, Agrarwissenschaften,
Wirtschaft und Archäologie.
Dabei muss für Hochwasserangaben aus
früheren Zeiten auf äusserst heterogene
Quellen zurückgegriffen werden. Die breite
Palette an möglichen «Archiven» birgt etliche
quellenkritische Herausforderungen,
die es zu berücksichtigen gilt [21]. Eine
weitere Dimension bei der Ermittlung der
Schwere des Ereignisses eröffnet sich
durch die Interpretation der Ursachen und
der Auswirkungen [13].
2.2 Quellen aus diversen «Archiven»
Die Quellenlage für das Jahr 1342 ist ausgezeichnet,
denn es existiert eine für das
Spätmittelalter ungewöhnlich hohe Anzahl
an Informationen aus diversen «Archiven».
Dabei unterscheidet man zwischen
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 193

Bild 1. Hochwassermarken der Lahn-
Hoch wasser am Limburger Domfelsen
(Quelle: verändert nach [47]).
«anthropogenen Archiven» (Archive der
Gesellschaft) und «Geoarchiven» (Archive
der Landschaft) [5]. Die Ergebnisse
aus den verschiedenen Archiven werden
miteinander verglichen und Schlüsse daraus
gezogen. Die Zusammenstellung der
Resultate gewährleistet ein breit abgestütztes
Bild der Abläufe im Zusammenhang
mit dem Sommerhochwasser 1342
in Mitteleuro pa.
2.3 Analyse der anthropogenen
Archive
Die Qualität anthropogener Archive
Anthropogene Archive zum Hochwasser
1342 umfassen zeitgenössische und später
entstandene Beschreibungen (Schriftquellen),
Gedenktafeln, Inschriften, Hoch -
wassermarken und vereinzelt auch Bildzeugnisse
[28]. Die historische Hochwasserforschung
erstellt Abflussreihen sowie
Analysen von Hochwasser, die über den
Zeitraum der amtlichen instrumentellen
Beobachtungsperiode hinaus in die Vergangenheit
reichen [10]. Dabei stellen
Schriftquellen bei der Erforschung des
1342er-Hochwassers den grössten Teil
des historischen Datenmaterials dar [14].
Chroniken stammen oft aus Klöstern und
enthalten meist Zeitzeugenberichte. Aber
auch später entstandene Schriften beschreiben
die Flut und ihre Folgen [28].
Daneben existieren auch vereinzelt Gedenktafeln
(z.B. Würzburg, Hannoversch
Münden), (Bilder 3, 4) und Hochwassermarken
(z.B. Limburg an der Lahn, Frankfurt
am Main) (Bilder 1, 5). Neben den ver-
hältnismässig viele Beschreibungen von
Chronisten, existieren vereinzelt auch
Inschriften, die sich auf die Witterungsgeschichte
des Sommers 1342 beziehen
[5]. Eine Göttinger Minuskelinschrift von
1342 ist z.B. dem Gedenken an Hermann
Goldschmied gewidmet, der bei der Überflutung
ertrunken ist [7]. Manche Quellen
enthalten als Zeitangaben lediglich das
Jahr, andere den Hinweis auf den Sommer
1342, bei weiteren werden teilweise Tag
oder sogar die Tageszeit erwähnt.
Alle Arten von Schriftquellen müssen
historisch-kritisch betrachtet werden
[31], da ihre Genauigkeit unterschiedlich
ist und es einer sorgfältigen Prüfung und
Interpretation bedarf [36].
Aussergewöhnliche Quellenlage
Im Raume Deutschland ist die Anzahl zeitgenössischer
Schriftquellen, die Hochwasser
beschreiben, über die Jahrhunderte
sehr unterschiedlich verteilt. Vor dem
Jahr 1000 sind die Quellen sehr spärlich
gestreut, nach der Jahrtausendwende bis
ins 13. Jahrhundert nehmen die Nachrichten
und Berichte über Hochwasserereignisse
zu und werden dichter. Dies
bedeutet aber nicht, dass in dieser Zeit
die Hochwasser zahlreicher werden, nur
die Nachrichten über sie nehmen zu. Ab
dem 14. Jh. wächst die Anzahl der Berichte
weiter, aber auch die Hochwasseraktivität
nimmt zu [37].
Gemäss Pfister et al., gehört es zu
den Besonderheiten historischer Quellen,
dass sie für Extrem ereignisse besonders
sensibel sind. Die Situation ist mit jener in
den heutigen Medien zu vergleichen. Je
Bild 2. Erwähnungen von Hochwasser im 14. Jahrhundert nach Weikinn. Dabei ist
zu differenzieren, dass die hohe Zahl der Hochwasserberichte im Jahr 1342 sowohl
Angaben zum Sommer- wie auch zum Winter-Hochwasser enthalten (Sommer allein:
85) (Quelle: nach [46]).
194 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

extremer ein Ereignis, desto grösser die
Zahl der Berichterstatter, und desto ausführlicher
sind ihre Aufzeichnungen [31].
Bereits aus der Verteilung von historischen
Schriftquellen zum Sommerhochwasser
1342 lassen sich demnach Informationen
über die mögliche Intensität herauslesen
[46]. Aufgrund der Anzahl von Berichten
und der Anzahl diverser Chronisten aus
verschiedenen Teilen Deutschlands lässt
sich der Grad der flächenhaften Ausdehnung
bestimmen. Das Ergebnis ist eindeutig:
Berücksichtigt man sämtliche Erwähnungen,
d.h. neben den zeitgenössischen
auch nicht-zeitgenössische, also später
entstandene Berichte, so stechen die
Hochwasser-Erwähnungen aus dem Jahr
1342 klar heraus (wie auch das Hochwasserjahr
1374, auf das hier nicht näher eingegangen
wird) (Bild 2).
Es lässt sich erkennen: Allein schon
die Information über eine aussergewöhnlich
hohe Anzahl an Berichten zum Sommerhochwasser
von 1342 – 85 Beschreibungen
– lässt den Schluss zu, dass sich
zu diesem Zeitpunkt ein für das Mittelalter
aussergewöhnlich beeindruckendes
Hochwasser ereignet haben muss [31].
Bild 3. «Im Jahre des Herrn 1342 am
24. Juli ge schah eine Flut von Weser
und Fulda und die so grosse Höhe des
Wassers berührte die untere Kante
dieses Quadersteins [10].» Inschrift am
südöstlichen Chorpfeiler von St. Blasius
in Hannoversch Münden, am Zusammenfluss
von Werra und Fulda zur Weser,
(Quelle: Wissenschaftliche Buchgesellschaft,
gedruckt in [5]).
Bild 4. «Am 21. Juli 1342 stieg der Main in wenigen Stunden gewaltig an. Die Mainbrücke
mit ihren Türmen, die Mauern und viele steinerne Häuser der Stadt stürzten
zusammen. Am Domportal erreichte das Wasser die steinernen Statuen, oberhalb
der Stufen». Bauinschrift vom Hof zum Grossen Löwen (Mainfränkisches Museum in
Würzburg), (Quelle: Wissenschaftliche Buchgesellschaft, gedruckt in [5]).
Möglichkeiten der Rekonstruktion von
Pegel und Abflüssen
Zur Bestimmung der Abflussmengen extremer
Hochwasser sollten Angaben über
historische Hochwasser genutzt werden
[37].
Bereits manche Chronisten versuchten,
die Grössenordnung des Extremereignisses
von 1342 quantitativ zu fassen.
Wo die Verhältnisse dafür geeignet
waren, bezogen sie sich zum Beispiel bei
der Umschreibung des beobachteten maximalen
Wasserstandes auf Merkpunkte
wie steinerne Brücken, Mauern und Plätze
(Bilder 3, 4, 5). Solche Hinweise dienen
heute dazu, den Hochwasserstand (Pegel)
und dadurch den Abfluss und die Niederschlagsverhältnisse
nachträglich abzuschätzen
[36].
Unabdingbar dabei ist die Betrachtung
des gesamten Niederschlags-Abfluss-Geschehens
[41]. Der damalige
Charakter der Einzugsgebiete und des
Gewässersystems ist in die Untersuchung
einzubeziehen, Landschaftsveränderungen
zu berücksichtigen [37].
2.4 Analyse der Geoarchive
Die Qualität von Geoarchiven
Neben anthropogenen Archiven mit Beschreibungen
von Chronisten liefern Geoarchive
als Zeugen der Natur insbesondere
in terrestrischen Sedimenten wertvolle
Hinweise auf die Ereignisse des Sommers
1342. Die Geoarchive erweisen sich im
wahrsten Sinne des Wortes als Fundgrube
und beinhalten Ablagerungen von
Sedimenten am Fusse von Hängen und in
Seen, sowie Böden, archäologische Strukturen
und Funde (Artefakte). Sie gestatten
direkte Interpretationen der Zustände und
indirekte Schlüsse über räumliche und
zeitliche Veränderungen der früheren Umwelt
[5].
Die untersuchten Sedimente sind
Ablagerungen aus dem Holozän (Kolluvien,
Auen- und Seesedimente). Prozesse
der Bodenerosion umfassen Abtragung,
Transport sowie Ablagerung von Bodenpartikeln.
Erodiert werden Bodenpartikel
u.a. durch Wasser, und es entstehen (neue)
Sedimente: Schwemm fächersedimente
unterhalb von Schluchten, Kolluviuen auf
Unterhängen, Auensedimente in Auen
und Seesedimente. Sedimente können
zahlreich Informationen zum Einzugsgebiet
des Flusses oder Sees enthalten. Die
Sedimente sind oft komplex ineinander
verschachtelte, übereinander begrabene
Bodenoberflächen [5].
Der Boden wird zum Sprechen gebracht
Die in Ablagerungen von verlagertem Bodenmaterial
eingebetteten Fundmaterialien
(Keramik, Holz, Holzkohle und Mineralkörner)
ermöglichen eine archäologische
oder physikalische Datierung der
Sedimente [4]. Mit der Zusammenführung
sämtlicher Da ten erreicht man für die untersuchten
Einzugsgebiete eine detaillierte
räumliche und zeitliche Rekonstruktion der
Relief-, Boden- und Landnutzungsentwicklung
während des Holozäns [8].
Erkenntnisse zu den Geschehnissen
im Sommer 1342 stammen aus insgesamt
mehr als 30 000 m langen Aufschlüs-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 195

Bild 5. Hochwassermarke von 1342 am Eisernen Steg in Frankfurt am Main (Quelle: Eveline Zbinden, 16.4.2008).
Bild 6. Auszüge aus historischen Schriftquellen (Quellle: nach [46]).
sen und 2000 durchschnittlich mehr als
3 m tiefen Bohrprofilen. Die untersuchten
Aufschlüsse und Profile belegen eindrucksvoll
die Dramatik der verheerenden Flut.
3. Das Hochwasser und seine
unmittelbaren Folgen
3.1 Ablauf und Zerstörungen
Die Flut am Maria-Magdalenen-Tag
Zu einem ersten Hochwasser im Jahr 1342
kam es im Februar. Der Winter 1341/42
war kurz aber mit strengem Frost und
viel Schnee begleitet gewesen. Südliche
Winde und anhaltende Regen riefen dann
eine plötzliche Schneeschmelze hervor,
was zu Hochwasser an der Moldau und
der Elbe führte. Diesem ersten Hochwasser
des Jahres 1342 mit seinen Wasser-
und Eismassen konnte die steinerne Juditinbrücke
(Vorgängerbau der heutigen
Karlsbrücke) in Prag nicht standhalten und
wurde vollständig zerstört [6]. Um den Tag
der heiligen Maria Magdalena, dem 22.
Juli, herum, lösten intensivste Regenfälle
dann eine zweite Flut aus, die in den meisten
mitteleuropäischen Flussgebieten ein
ungeheuerliches Schadensbild hinterliess
[15]. Der Inhalt der zeitgenössischen Beschreibungen
in Schriftquellen liefert ein
kaum vorstellbares Schadensbild (Bild 6).
Von Ost- und Mittelfranken aus erreichte
die Flut via Würzburg und Frankfurt
a.M. schliesslich die Niederlande. Auch
Thüringen und Sachsen bekamen die direkten
Folgen des Katastrophenregens
zu spüren. Das resultierende Hochwasser
erreichte die Elbe bei Meissen und die un-
196 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 7. Mitteleuropäische Ortschaften, die im Zusammenhang mit dem Hochwasser
von 1342 in historischen Schriftquellen erwähnt werden (Quelle: nach [46]).
tere Werra sowie die Weser. Die Schäden,
welche die Flut vom 19. bis 24. Juli verursachte,
waren gewaltig. Das Hochwasser
riss entlang des Rheins (unterhalb Neckarmündung),
des Mains, der Werra, Fulda,
Weser, Elbe, Mosel, Lahn und ihrer Nebenflüsse
sämtliche Stein- und Holzbrücken
mit sich, darunter jene von Regensburg,
Bamberg, Würzburg, Frankfurt am Main,
Dresden, Erfurt und Limburg an der Lahn.
Das Wasser überflutete auch die Innenstädte
mit ihren Marktplätzen, Kirchen
und Rathäusern. Stadtmauern und Wohnhäuser
stürzten ein. Das an Flüssen angesiedelte
Gewerbe, wie Mühlen, Wäschereien,
Fischereien und Schifffahrt, wurden
vernichtet. Auch weite Landstriche und
Dörfer standen unter Wasser. An Äckern,
Gärten, Viehweiden, Wiesen und Wegen
entstand unermesslicher Schaden. Das
Vieh starb in den Fluten oder verhungerte
auf den Weiden. Das Korn verfaulte auf den
verschlämmten Äckern, die Ernte wurde
vollständig vernichtet. Es kam zudem
zu Trinkwasserknappheit wegen verschmutzter
Brunnen. Es ist anzunehmen,
dass zehntausende Menschen in den Fluten
ihr Leben verloren [3], [5], [7], [9], [10],
[13], [14], [37].
Zerstörungen überregionalen Ausmasses
Die zahlreichen Erwähnungen von simultanen
Überschwemmungen in den Einzugsgebieten
vieler mitteleuropäischen
Flüsse belegen, dass die Starkniederschläge
nicht lokal, sondern grossräumig
waren [3]. Die Karte Mitteleuropas (Bild 7)
verdeutlicht die grossräumige Verteilung
der schriftlichen Erwähnungen von betrof-
fenen Ortschaften an Flüssen und Küsten.
Das gesamte heutige Deutschland (ausser
das Einzugsgebiet der Oder) wurde
von Hochwasser erfasst [37]. Auch für die
Lombardei, Kärnten, die Niederlande und
Frankreich liegen Meldungen von Überflutungen
vor [10], [25]. Die Häufung der
Berichte im Maingebiet zeigt jedoch, dass
dort das Zentrum der Hochwasserkatastrophe
lag.
Die für das 14. Jh. ausserordentlich
hohe Anzahl von Schriftquellen die über
das Sommerhochwasser 1342 berichten
und ihre überregionale Streuung, dient als
aussagekräftiges Indiz für ein katastrophales
Ausmass dieser Überschwemmung.
Aussergewöhnliche Wasserstände
In Frankfurt stand das Wasser des Mains
bis in die Bartholomäus-Kirche [13], in
Nürnberg bis zum Rathaus [37]. Obwohl
es in Limburg an der Lahn nicht viel geregnet
hatte, konnte man mit Booten durch
die Stadt fahren. Die Fulda in Kassel überschwemmte
die alte und die neue (untere)
Stadt auf vorher nie erlebte Weise,
das Wasser stand bis zum Hochaltar der
Neustadt-Kirche. In Minden erreichte die
Weser einen so hohen Wasserstand, dass
die Stadttore durchflossen wurden [37].
Rekonstruierte Pegel
Ergebnisse der Rekonstruktion zeigen,
dass das Hochwasser 1342 an manchen
Flüssen (z.B. Main, Lahn) zu den höchsten
bisher bekannten Wasserständen geführt
hat [37].
In Würzburg z.B. erreichte der Pegel
des Mains die Höhe von bis zu 1030 cm
über dem Pegelnullpunkt [40] (Bild 8).
Sensitivitätsüberlegungen zeigen,
dass die natürliche Variationsbreite aber
noch nicht ausgeschöpft ist [41]. «Daraus
ziehen Tetzlaff et al., die schwerwiegende
Schlussfolgerung, «dass – ungeachtet der
hohen Wiederkehrzeit von rechnerisch
10 000 Jahren – mit noch höheren Wasserständen
zu rechnen ist, als für 1342 beobachtet
wurde. Aufgabe weiterer Untersuchungen
muss es sein, diese Grenzen
weiter zu quantifizieren» [41].
Rekonstruierte Abflüsse
Für die Elbe existiert über die letzten 1000
Jahre eine Hochwasserchronologie, die
das 1342-Hochwasser zu den grössten
Sommer-Hochwassern zählt [27].
Nach groben Schätzungen übertrafen
die im Juli 1342 an Rhein, Weser, Elbe
und Donau abfliessenden Wassermengen
diejenigen der grossen Fluten des 20. und
frühen 21. Jh. um das Mehrfache [5].
Für genauere Vergleiche zwischen
historischen Hochwasser eignen sich vor-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 197

Bild 8. Pegel historischer Hochwasser, Jährlichkeiten und geschätzte Abflüsse des
Mains in Würzburg. Die Jährlichkeiten gelten für den Main von Bamberg bis zur Saalemündung
in Gemünden (Quelle: nach [39], [40], [45], [48]).
wiegend Abflussmessungen pro Zeiteinheit,
weniger Pegelangaben allein. Unter
der Voraussetzung der Vergleichbarkeit
der Frankfurter Pegel werden in einem
Rekonstruktionsversuch die Scheitelabflusswerte
des Mains auf ca. 3500 m 3 /s
geschätzt (Bild 8. Das Hochwasserereignis
dauerte vermutlich bis zu vier Wochen
mit mittleren Abflusswerten von 1600 m 3 /
s. Diese Resultate entsprechen rechnerisch
etwa einem Ereignis mit der Wiederkehrperiode
von sogar 10 000 Jahren. Die
Ermittlung dieser Jährlichkeit des Hochwasserabflusses
beruht auf der Voraussetzung,
dass es sich bei der statistischen
Verteilungsform der Abflussmaxima um
eine Gumbelverteilung handelt und dass
die Verteilungsform und -parameter über
die Zeit stationär geblieben sind [41].
Andere Untersuchungen schätzen
die maximale Abflussrate des Mains
beim Frankfurter Osthafen sogar auf ca.
4000 m 3 /s, was einer maximalen Abflussspende
des Mains von etwa 160 l/s km 2
entsprechen würde. Wenn man während
des wahrscheinlich ungefähr fünftägigen
Niederschlags- und Hochwasserereignisses
von einer mittleren Abflussspende
des Mains von etwa 80 l/s km 2 ausgeht,
so trug dabei jeder Quadratmeter des Ein-
zugsgebietes durchschnittlich etwa 35 l
Wasser zum Abfluss in Frankfurt bei [4].
Grenzen der Rekonstruktionsmöglichkeiten
Grundsätzlich kommen die Verfahren
von Abfluss- und Wahrscheinlichkeitsabschätzungen
via Höhenvergleiche von
Pegeln der Forderung nach quantifizierbaren
Daten entgegen, wobei der stark
hypothetische Charakter derartiger Bewertungen
hervorgehoben werden muss
[13]. Alle Komponenten des Systems sind
mit einem mehr oder weniger grossen Fehler
behaftet [41]. Aufzeichnungen über historische
Hochwasser lassen sich oft nicht
einfach in Abflussmengen (m 3 /s) umrechnen,
sondern lediglich dazu zu nutzen,
Extremereignisse approximativ einzustufen
[31]. Vergleiche früherer Ereignisse
mit denen der letzten 100 bis 150 Jahre
sind schwierig. Zwar gibt es Hinweise auf
frühere Pegelstände in Form von Hochwassermarken,
doch die Gewässer und
die Landschaft sind während der letzten
Jahrhunderte stark verändert worden (z.B.
durch ingenieurtechnische Umgestaltung
der Flüsse) [37]. Laut einer Studie ist der
«Vergleich früher gegen heute» ein Vergleich
«Bericht gegen Messung», er lässt
sich exakt nicht führen. Dennoch ist er
nicht ohne Aussagekraft [37]. Doch trotz
aller Unsicherheiten spricht vieles dafür,
dass es in den letzten 1000 Jahren grössere
Hochwasser gegeben hat als die seit
Messbeginn nachgewiesenen [37]. Zeitgenössische
Schriftquellen und Hochwassermarken
deuten auf ausserordentlich
hohe Pegel und Abflüsse hin [5]. Im Vergleich
dazu erscheinen die beiden relativ
aktuellen Hochwasser von 1997 und 2002
sogar nur als Mini-Hochwasser. Die Qualität
der heutigen Hochwasserabschätzung
ist abhängig von der Aussagekraft der
Daten [13]. Aufwändige Rekonstruktionen
dieser komplexen und sich wechselseitig
beeinflussenden Faktoren, insbesondere
der Flusssysteme mit den Eigenschaften
der damaligen Einzugsgebiete, sind nötig,
um Vergleiche mit früheren und künftigen
Hochwasser anstellen zu können. Sie erfordern
eine Verknüpfung von diversen
Methoden und bleiben zum jetzigen Zeitpunkt
unvollständig [12].
3.2 Katastrophale Bodenerosion
Bodenabtrag und Reliefveränderungen
Das Hochwasser von 1342 hatte bis heute
festzustellende Umformungen der Landschaft
zur Folge [10]. In vielen mitteleuropäischen
Landschaften enthalten Geoarchive
Überreste einer Erosionskatastro-
198 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 9. Profilausschnitt, anhand dessen mittels bodenkundlichsedimentologischer
Analysen die Bodenentwicklungsdynamik
für die letzten 10 000 Jahre entschlüsselt werden kann. Die
Mächtigkeit des 1342er-Ereignisses ist deutlich sichtbar (Quelle:
verändert nach [9]).
phe. Detaillierte Sedimentanalysen weisen
eindeutig auf Bodenerosion auslösende
Starkniederschläge hin. Wahrscheinlich
löste nur ein einzelner – oder zwei wenige
Jahre auseinander liegende – Starkregen
die beschriebene Entwicklung aus [4].
Ein damals extrem starker Oberflächenabfluss
ist heute durch zahlreiche
morphologische Befunde (Bild 9) nachgewiesen.
Die flächenhafte wie auch linienhafte
Bodenerosion erreichte katastrophales
Ausmass und veränderte grossräumig
Landschaften [3].
Linienhafte Erosion (Schluchten, Kerben)
Besonders auf geneigten Standorten,
denen eine schützende Vegetation fehlte,
vermochte der Starkniederschlag gravierende
Erosionsschäden auszulösen. Auf
Hängen mit lockeren Substraten bewegten
sich innerhalb weniger Stunden kleine Erosionsstufen
hangaufwärts [5]. Auf vielen
agrarisch genutzten Flächen und selbst
unter Wald kam es zum Schluchtenreissen,
wurden Erosionsrinnen geschaffen,
die auch heute noch landschaftsbestimmend
sind [3]. Das Hochwasser von 1342
riss mit seinen Wassermassen bis zu 14 m
tiefe Schluchten [13]. Die steilen Kerbenwände
verstürzten unmittelbar nach dem
Kerbenreissen, und weitere schwach erosive
Niederschlagsereignisse führten wieder
zu einer weitgehenden Verfüllung dieser
Erosionsformen, so dass heute an der
Bodenoberfläche nichts mehr zu erkennen
ist [3].
Flächenhafte Erosion
Auch auf den nicht durch Zerschneidung
zerstörten Äckern war die Erosion hoch.
Die fruchtbaren geringmächtigen und bis
dahin ackerbaulich genutzten Böden wur-
den zumeist vollständig flächenhaft abgetragen.
Auf intensiv beweideten und daher
vegetationsarmen Ödland- und Brachflächen,
auf Äckern, sowie auf unbefestigten
Wegen trat die stärkste Abflussbildung
und flächenhafte Bodenerosion auf [5].
Die fruchtbaren Böden der ackerbaulich
genutzten Hänge lagen nach dem Hochwasser
von 1342 auf den Unterhängen und
in den Talauen – oft begraben unter extrem
steinigen oder tonigen, nur extensiv nutzbaren
Schichten mit bis zu 40 cm grossen
Steinen [3]. An den Akkumulationsstandorten
war eine Inversion der Substrate entstanden
[4].
Bestätigung aus Schriftquellen
Schriftquellen aus anthropogenen Archiven
belegen zweifelsfrei diesen aus den
Geoarchiven ermittelten ungewöhnlich
starken Oberflächenabfluss (Bild 8). Die
Beschreibungen, dass fast alle unterirdischen
Wasserquellen hervorbrachen,
das Wasser von den Gipfeln der Berge
hervorsprudelte und Giessbäche aus der
Erde strömten, bestätigt eindrucksvoll den
auf Bodenprofilanalysen beruhenden Befund
einer exzessiven Bodenerosion und
Zerrunsung (Rillenerosion) in der Mitte des
14. Jh [3].
Historisch einzigartiges Ausmass
Die Veränderung der Landschaft wird üblicherweise
als langsamer, stetiger Vorgang
beschrieben, der sich in den letzten Jahrzehnten
zunehmend beschleunigte. Diese
Annahme ist nicht grundsätzlich falsch, es
gibt daneben jedoch auch Brüche in der
Landschaftsgeschichte, wie die Erosionskatastrophe
im 14. Jh. [42]. Die Katastrophenregen
im Sommer 1342 verursachten
Hochwasser, Oberflächenabfluss und Bo-
Bild 10. Landnutzung mit Wald-Offenland-Verhältnis und das
mittlere Ausmass der Bodenerosion in Deutschland (ohne Alpenraum)
seit dem Frühmittelalter (Quelle: verändert nach [5]) .
denerosion, die in ihrem Ausmass und in
ihrer Ausdehnung seither nicht annähernd
ein zweites Mal erreicht wurden [3].
Untersuchungen von Bodenprofilen
aus verschiedenen Teilen Deutschlands
(Bild 9) haben ergeben, dass auf
die früh- und hochmittelalterliche Phase
schwacher flächenhafter Bodenerosion
im Spätmittelalter eine Phase markanter
Reliefveränderung folgte, die hinsichtlich
der Art und der Intensität von Bodenerosion
in der gesamten historischen Zeit einmalig
ist. Kein Einzelereignis in historischer
Zeit hatte einen derartigen Einfluss auf die
Oberflächengestaltung wie das Hochwasser
von 1342 [4]. Ein grosser Teil der Bodenerosion
der letzten 1500 Jahre wurde
hauptsächlich durch das Extremereignis
von 1342 sowie einer 20 Jahre zuvor stattgefundenen
ausserordentlich nassen Periode
(1313–1316) verursacht [5] (Bilder 8, 9,
10). Eine hohe Zahl an Erosionsstandorten
in Österreich, der nördlichen Schweiz, in
allen deutschen Flächenländern, in Polen
und in der Tschechischen Republik weisen
ähnliche Grössenordnungen des spätmittelalterlichen
Abtrages auf [4].
Ortschaften verloren während die ses
Starkniederschlags wohl innerhalb weniger
Stunden einen erheblichen Teil ihres Ackerlandes
[5]. Die Fluten schwemmten so viel
fruchtbaren Boden fort, wie bei normalen
Wetterbedingungen in einem Zeitraum von
2000 Jahren erodiert wird [26]. Der Bodenabtrag
in sechs Katastrophenjahren der
zweiten Dekade des 14. Jahrhunderts in
Deutschland wird auf jährlich 1.9 Mrd. t geschätzt.
Im Jahr 1342 allein waren es etwa
13 Mrd. t. Zusammengenommen wurden
von 1313 bis 1348 in Deutschland 34 Mrd. t
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 199

Boden erodiert. Das entspricht etwa der
Hälfte des gesamten mittelalterlich-neuzeitlichen
Bo denabtrags! Dadurch wurden die
ackerbaulich genutzten, von Bodenerosion
besonders betroffenen Flächen Deutschlands,
von 1310 bis 1350 im Mittel um etwa
25 cm tiefer gelegt [4]. In den Mittelgebiergen
verschwanden an vielen Hängen die
geringmächtigen fruchtbaren Böden vollständig.
Seitdem sind dort verbreitet nur
langsam verwitternde Festgesteine exponiert
[5].
4. Landnutzungsbedingte und
meteorologische Ursachen
4.1 Intensivierung der Landnutzung
Rodungen und Bodenverarmung
Die landwirtschaftlichen Nutzflächen hatten
im hohen Mittelalter (Mitte des 13. Jh.)
eine so grosse Ausdehnung besessen, die
weder davor noch danach auch nur annähernd
erreicht wurde [5] (Bild 10). Demzufolge
hatte auch die Waldfläche eine
ausserordentlich geringe Ausdehnung erreicht.
Die verbliebenen, kaum ein Achtel
Mitteleuropas bedeckenden Waldreste
wurden zur intensiven Waldweide, Streusammlung,
Holz- und Energiegewinnung
genutzt und unterlagen einer beständigen
Degradation. Die Böden verarmten praktisch
ausnahmslos bis zur ersten Hälfte
des 14. Jh. [3], [5]. Die Rodungen einer
dichten Vegetation und anschliessender
Ackerbau ermöglichten die Exposition
gegenüber Niederschlägen [5].
Veränderung des Wasserhaushaltes
Der Landnutzungswandel in Mitteleuropa
veränderte auch den Wasser- und Feststoffhaushalt.
Wird bei angenommenen
konstanten klimatischen Verhältnissen der
Gesamtabfluss untersucht, verdoppelt der
Nutzungswandel vom 6. bis zum 14. Jh. in
etwa den Gesamtabfluss in Mitteleuropa.
Die Evapotranspiration Mitteleuropas war
in den ausgeräumten Agrarlandschaften
des frühen 14. Jh. – verglichen mit den
Waldlandschaften der Völkerwanderungszeit
– um annähernd 100 km 3 /a geringer,
die Grundwasserneubildung und
der Gebietsabfluss um den gleichen Betrag
höher. Höhere Grundwasserspiegel
in den Talauen (um wenige Dezimeter bis
mehrere Meter) und an den Hängen (um
viele Meter) waren Folgen des veränderten
Gebietswasserhaushaltes [4].
Die Rhodungen in Mitteleuropa
führten zur Förderung der Abflussbildung
und somit zu stärkeren Hochwasser (Ausnahmen
bilden Hochgebirge und die in
ihnen entspringenden Flüsse) [5].
4.2 Witterungsklimatische
Ursachen
Wetterlage
Die Rodungen und die darauf folgende
landwirtschaftliche Nutzung lösten Bodenumlagerungen
aber nicht unmittelbar
aus. Dies war nur im Zusammenspiel mit
einem Extremniederschlag möglich [3].
Das Jahr 1342 war insgesamt, und zwar
europaweit, kalt und sehr nass. In Süddeutschland,
der Schweiz und Österreich
herrschte noch Anfang April heftige Kälte,
und der Frühling war ebenfalls sehr regnerisch,
so dass der gesättigte Boden die
starken Regenfälle im Sommer nicht mehr
aufnehmen konnte [10], [41]. Im Juli verheerten
dann heftigste, tagelang anhaltende
Niederschläge mit daraus resultierenden
Überschwemmungen beinahe aller
deutschen Flüsse das westliche Mitteleuropa
[5].
Die meteorologischen Verhältnisse
im restlichen Europa erinnern an jene während
der beiden grossen Hochwasser von
1997 und 2002 [25]. Es wird davon ausgegangen,
dass es sich beim Ereignis von
1342 auch um eine Grosswetterlage, eine
sogenannte Vb («fünf B»)-Wetterlage gehandelt
haben muss [5], [26].
Typisch für diese Wetterlage ist die
Entstehung einer Zyklone, die sich – zumeist
aus einem oberitalienischen Tief
– am östlichen Alpenrand entwickelt und
über Österreich, Ungarn und Polen hinweg
zur Ostsee längs einer als Vb bezeichneten
typischen Zugbahn zieht. Die von ihr
mitgeführten feuchtwarmen Luftmassen
aus dem Mittelmeer führen beim Aufgleiten
auf die nördlich und westlich vom Tief
liegende Kaltluft meist zu sehr ergiebigen,
anhaltenden Niederschlägen und in ihrem
Gefolge zu Sommerhochwasser von z.B.
der Elbe und Oder [28], [44].
Auch weitere Hinweise auf ungewöhnliche
meteorologische Phänomene
in anderem Teilen Europas deuten auf
eine Vb-Wetterlage hin. Während 1342
Mitteleuropa in Regenmassen versank,
herrschte in England eine grosse Trockenheit
[24]. Aus Osteuropa – Österreich,
Tschechien, Slowakei und Ungarn
– fehlen Hinweise zu Sommerhochwasser.
Dagegen wurden dort in allen anderen
Jahreszeiten auffällig intensive Überschwemmungen
in den Einzugsgebieten
der Donau und der Tisza erwähnt. Für den
Sommer können kühle Temperaturen angenommen
werden. Im Frühherbst wird
zudem von ausserordentlicher Kälte mit
starkem Schneefall berichtet, und esgibt
Hinweise, dass es in der Gegend der Nord-
ostslowakei im Sommer zudem zu starken
Winden und einer Dürre gekommen sein
könnte [22]. Zwischen Island und Grönland
wurde wegen vermehrt auftretendem
Meereseises um 1342 schliesslich die alte
Segelroute zugunsten eines weiter südlich
verlaufenden Seeweges aufgegeben [24].
Alle diese gefundenen Hinweise unterstützen
die Annahme einer ausserordentlichen
Wetterlage – oder einer ganzen Folge markanter
Wetterkonstellationen von Jahresbeginn
bis in den Herbst hinein – die sich
in ganz Europa auswirkte.
Anzunehmende Niederschlagsmengen
Die Anfänge einer empirischen Meteorologie
können in Deutschland erst auf
Ende des 14. Jh. datiert werden [38]. Einige
Schriftquellen weisen jedoch indirekt
auf den zeitlichen Verlauf des Ereignisses
vom Sommer 1342 und damit auch auf
die Wetterlage hin. Die Niederschläge begannen
im Raum Franken und Thüringen,
und das Niederschlagsgebiet wanderte
nach Nordwesten. Die zeitgenössischen
Beschreibungen vermitteln ein apokalyptisches
Szenario sintflutartiger und flächenhaft
über Mitteleuropa verbreiteter
Niederschläge [5] (Bild 6).
Die effektiven Niederschläge im
Main-/Tauber-Einzugsgebiet während
vier Tagen werden auf 175 mm bilanziert,
was einer heutigen durchschnittlichen Niederschlagssumme
von drei Monaten entsprechen
würde [14]. In Frankfurt wurde
die innerhalb von acht Tagen gefallene
Regenmenge sogar auf die Hälfte des
heute in dieser Region üblichen jährlichen
Niederschlags geschätzt [13]. Der Boden
konnte die immensen Wassermassen nicht
aufnehmen, es kam zu grossflächigen
Oberflächenabfluss und zu Überschwemmungen
[26]. Ein derartiges Ereignis ist
seither nicht wieder aufgetreten [13].
Mögliche Auslöser des Wolkenbruchs
Als Auslöser für einen so aussergewöhnlich
gewaltigen und anhaltenden Wolkenbruch
kommen verschiedene Faktoren in
Frage. Ob ein Vulkanausbruch im Vorjahr,
z.B. der Ausbruch der Hekla [15] oder eines
Vulkans auf den Kanaren [16], für den extremen
Wolkenbruch mitverantwortlich
gewesen sein könnte, oder ob allenfalls
der El Niño einen verstärkenden Einfluss
auf den Niederschlag in Mitteleuropa
hatte, muss noch näher untersucht werden
[25]. Auch ein Einfluss des Menschen
im Mittelalter auf die Veränderungen der
Wasserhaushaltskomponenten (z.B. geminderte
Evapotranspiration), auf das
regionale Klima und Witterungsextreme
muss noch genauer erforscht und quantifiziert
werden [5].
200 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bei der Betrachtung der klimatischen
Entwicklungen im Mittelalter fällt
auf, dass das Extremereignis des Sommers
1342 in eine Phase mit ausserordentlich
ungünstigen und extremen Witterungsereignissen
fällt [5]. Auf eine Periode
mit günstigem Klima im Hochmittelalter
(«Mittelalterliches Optimum», 10.–13. Jh.)
war eine rasche Umstellung (innerhalb von
nur 20 Jahren) auf eine Phase mit kühlerer
Witterung («Kleine Eiszeit», 14.–18. Jh.)
gefolgt [30], [34]. Die Periode 1342–47 wird
sogar als eine der nassesten und kältesten
innerhalb des letzten Jahrtausends herausgestellt
und gemäss Pfister zu Recht
als die vielleicht «härteste ökologische Belastungsprobe
des letzten Jahrtausends»
bezeichnet [29]. Das Hochwasser 1342 bildet
hierbei den markanten Höhepunkt dieser
äusserst nasskalten Phase. Ob es jedoch
tatsächlich eine kausale Verbindung
zwischen dem raschen Klimawandel und
dem Auftreten extremster Niederschläge
gab, ist Gegenstand gegenwärtiger Forschung.
4.3 Verkettung von Ursachen
Das Auftreten der Flut 1342 lässt sich als
Folge einer tragischen Verkettung mehrerer
Faktoren erklären: Die meteorologischen
Auswirkungen einer ausserordentlichen
Wetterlage wurden durch die Beschaffenheit
der Böden verschärft. Zudem erhöhte
die Entwaldung die Abflussgeschwindigkeit
des Wassers [26].
Dieses Zusammentreffen von intensiver
Landnutzung auf zahlreichen
gerodeten Hängen und aussergewöhnlich
extremen Niederschlägen führte
schliesslich zur stärksten Bodenerosion,
die ein einzelnes Ereignis während der
vergangenen 1500 Jahre, in einigen Landschaften
während des gesamten Holozäns,
in Mittel europa ausserhalb der Alpen
ausgelöst hatte [5].
5. Auswirkungen auf
Gesellschaft und Landschaft
5.1 Wiederaufbau und «mittelalterlicher
Hochwasserschutz»
Die Zerstörungen durch die Flut machten
für die Menschen damals verschiedene
Massnahmen notwendig. Es wurde wieder
aufgebaut, was zerstört worden war.
Weil die Flüsse Sand und Geschiebe mit
sich geführt und auf den überfluteten
Äckern abgelagert hatten (Aufsedimentation),
mussten die Bauern wochenlang
arbeiten, um die Äcker wieder nutzbar zu
machen [10].
Zur Deckung der immensen Kos-
ten gewährte z.B. Ludwig der Bayer zum
Wiederaufbau der Brücken Brückenzoll
[21]. Auch die Entstehung von Deichverbänden
am Niederrhein wurden vom
Hochwasser beeinflusst, indem im Folgejahr
z.B. das Deichrecht von Kranenburg
erlassen wurde [37]. Ausserdem wurden
nach dem Hochwasser 1342 Flussbegradigungen
vorgenommen, so z.B. 1343 die
Verlegung des Donaubettes in einer Flussschleife
beim Kloster Oberalteich, um die
ständige Hochwasserbedrohung zu bannen
[32], [37].
Jede lokale Obrigkeit war selbst für
die Finanzierung und den Bau von Dämmen
oder Uferschutzmauern zuständig. Erst ab
dem 18. Jh. wurden im deutschsprachigen
Raum Hochwasserschutzmassnahmen
im grösseren Stil realisiert. Im Mittelalter
waren es weniger bauliche als vor allem religiöse
Schutzmassnahmen, wie Gebete,
die dem Hochwasserschutz dienten [10].
Als eine Art «Hochwasserschutz des Mittelalters»
wurde z.B. am Magdalenen-Tag
jährlich eine grosse Bittprozession abgehalten,
mit der Absicht, ein weiteres solches
Ereignis abzuwenden [13].
5.2 Agrarkrise und Hungersnöte
von 1343 und 1344
Die Bevölkerungsentwicklung begann im
frühen 14. Jh. zu stagnieren. Das Bevölkerungswachstum
hatte Mitteleuropa an
die Schwelle der Tragfähigkeit geführt.
Dann kam die Hochwasserkatastrophe
von 1342 hinzu. Die vollkommene Beseitigung
des Bodens einschliesslich der
gesamten Lockersedimentdecke führte
vielerorts zur Aufgabe der ackerbaulichen
Nutzung [5]. Diese fortschreitende Verarmung
der Böden führte in den folgenden
Jahren zu verminderten Erträgen und dadurch
zu Hungersnöten [3] sowie zu einer
Agrarkrise, die erst im Laufe des 15. Jh.
überwunden werden konnte [33].
5.3 Die Pest von 1348
Geschwächte Bevölkerung
Es lässt sich eine indirekte Verknüpfung
zwischen dem Hochwasser 1342 und dem
Ausbruch der Pestepidemie vermuten. Die
durch das Hochwasser 1342 ausgelöste
Bodenerosion führte in den Folgejahren
zusammen mit anhaltend kühlfeuchter
Witterung zu Mangeljahren mit Missernten
und Hungersnöten [18]. Die europäische
Bevölkerung wurde dadurch körperlich
geschwächt, und die Krankheitsanfälligkeit
von Menschen und Tieren stieg an
[21], [24], [35]. Möglicherweise spielte bei
dieser Schwächung auch die vorangegan-
gene europaweite Grosse Hungerkrise
von 1315–22 eine entscheidende Rolle,
denn Hungerstress in der Kindheit bewirkt
lebenslang eine grosse Anfälligkeit für
Krankheiten [2].
Der «Schwarze Tod» in Europa
Dies war die Situation, in der die Grosse
Pest Europa erreichte. 1346 brachten
die Taraten die Seuche auf die Krim, von
wo aus sie 1347 mit genuesischen Schiffen
nach Italien gelangte. Danach breitete
sie sich auf dem See- und Landweg
nach Frankreich, England, Norwegen und
Deutschland aus [2]. Durch den Bevölkerungsrückgang
von 25–35% [4] zählt die
Pest von 1348–1350, der «Schwarze Tod»,
zu den grössten Katastrophen in der Geschichte
Europas [2]. Durch sie wurden die
Erinnerung an das Hochwasser von 1342
relativ schnell aus dem Bewusstsein der
Menschen verdrängt, und die langfris tigen
Folgen von den Zeitgenossen und späteren
Chronisten und Historikern nicht mit
dem Hochwasser in Verbindung gebracht
– und auch heute selten berücksichtigt.
Das Hochwasserereignis stand bald im
Schatten des auf den ersten Blick viel
markanteren Pestereignisses und seines
Schreckens.
Analogie in China
Bei der Untersuchung der Bedingungen
für den Ausbruch der Pest fällt auf, dass
sich bereits einige Jahre zuvor Analoges in
China abspielte [2]. Im Jahr 1332 ereignete
sich in China eine katastrophale Flut in den
grossen Flussgebieten. Der Gelbe Fluss
war schon in den Jahren davor mehrmals
über die Ufer getreten und hatte schwere
Hungersnöte zur Folge. Im Jahr nach der
grossen Flut in China brach dort die Pest
aus [23]. Von der Mongolei breitete sie sich
der Seidenstrasse entlang Richtung Westen
aus [2].
Die Ähnlichkeit der Abläufe in China
mit jenen anschliessend in Europa ist verblüffend
und lässt – bei beiden Seuchenzügen
in China wie auch in Europa – die
Vermutung zu, dass eine durch Hunger geschwächte
Bevölkerung eine rasche und
flächenhafte Ausdehnung des Pestbakteriums
begünstigt.
5.4 Wüstungsprozess und Landnutzungsänderungen
Wüstungsprozess und Zunahme des
Waldes
Nach der Rodungsphase vom 11. bis 13. Jh.
kam es zur Wüstungsphase des 14. und
15. Jh. [1] mit dem Verlassen von Ortschaften,
der Aufgabe von Äckern und dem
Vordringen des Waldes [4] (Bild 10). Natur-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 201

wissenschaftliche Befunde zeigen, dass
nicht eine weit verbreitete Fehlsiedlung
auf wenig fruchtbaren Böden, sondern die
vollständige Abtragung von ackerbaulich
gut nutzbaren Lockersedimentdecken infolge
extremer flächenhafter Bodenerosion
das Wüstfallen riesiger Flächen ausgelöst
hat [3]. Äcker, die ihre fruchtbare Bodendecke
durch Bodenerosion verloren hatten
oder zerschluchtet worden waren, fielen
für Jahrhunderte oder dauerhaft wüst.
Frühere Äcker bewaldeten sich wieder
oder wurden als Dauergrünland genutzt.
Obwohl durch die Wiederbewaldung eine
Humusschicht zu wachsen begann, wird
die Bildung neuer nutzbarer Böden denoch
noch weitere Jahrhunderte dauern.
Die Schäden von damals wirken somit bis
heute nach [5].
Veränderte Ernährungsgewohnheiten
Im frühen 14. Jh. standen für die Ernährung
eines Menschen kaum mehr als zwei Hektar
Ackerland zur Verfügung. Der überwiegende
Teil der Bevölkerung musste sich
von Getreideprodukten ernähren. Hohe
Fleischpreise gestatteten nur einer Minderheit
einen ausreichenden Fleischkonsum.
Die Bevölkerung Mitteleuropas nahm
vor allem durch Hungersnöte in Mangeljahren,
durch Fehden und Kriege sowie
der Pest stark ab. Viele fruchtbare Böden
waren durch das Hochwasser 1342 weggespült
worden, nur wenige übrig gebliebene
gute und günstig gelegene Böden
wurden intensiv genutzt. Als Folge ging
der Getreideanbau in der zweiten Hälfte
des 14. Jh. stark zurück (Bild 10). Durch
das zunehmende Halten von Rindern und
Mästen von Schweinen im Wald wurde
auch die Nahrungsmittelproduktion umgestellt
[5], [33]. Die «Zwangsvegetarier»
der ersten Hälfte des 14.Jh. wurden nach
1350 zu intensiven Fleischessern, und der
Fleischverzehr erreichte bald ein heute
kaum vorstellbares Ausmass [5]. An den
rund 200–220 kirchlich erlaubten «Fleischtagen»
wurde knapp ein Pfund Fleisch täglich
verzehrt, was einem jährlichen Fleischverbrauch
von rund 100 kg pro Kopf entspricht.
Der heutige Fleischkonsum in der
Schweiz beträgt im Vergleich dazu – im
Wesentlichen ohne Fasttage – nur ein Drittel
davon [42].
6. Bedeutung für heute
Das Hochwasser 1342 ist die grösste bis
heute bekannte Umweltkatastrophe in Mitteleuropa
[37]. Anhand seines sehr grossen
Ausmasses und der überregionalen Verbreitung
lässt es sich als «katastrophales
Hochwasser» typisieren. Es übertrifft die
uns heute bekannten Extremfälle erheblich
und bildet sozusagen den «hydrologischen
GAU» seit der letzten Eiszeit [31].
Eine Exposition gegenüber einem
so gewaltigen Niederschlagsereignis wäre
auch in der heutigen Welt verheerend und
würde allein in der versicherungstechnischen
Bewältigung grosse Probleme bereiten
[5]. Europaweit werden die Schäden,
die z.B. das wesentlich kleinere Sommer-
Hochwasser 2002 verursacht hat, von der
Münchner Rückversicherung auf 13 Mrd.
Euro geschätzt (in Deutschland allein
9.2 Mrd. Euro, was auf eine Belastung von
130 Euro pro Bundesbürger käme) [20].
Bei der Bewertung des Hochwassergeschehens
bleibt zu berücksichtigen,
dass es in Mitteleuropa Phasen gab, in
denen Hochwasser deutlich häufiger als
heute auftraten. Zudem gab es in historischer
Zeit Einzelereignisse, die schwerer
waren als die der letzten 200 Jahre, d.h.
derjenigen Periode, auf welche sich die
heutigen Abschätzungen im Hinblick auf
den Hochwasserschutz i.d.R. beziehen
[13].
Man muss davon ausgehen, dass
eine deutlich höhere natürliche Variabilität
im Auftreten von Klimakatastrophen existiert
als die aktualistische Betrachtung erkennen
lässt [13]. Obwohl der Grad von
Auswirkungen der Klimaänderung auf
das Hochwassergeschehen noch ungewiss
ist, gibt es keinen Grund anzunehmen,
dass sich Wetterkonstellationen der
Vergangenheit heute nicht wiederholen
oder in anderen Regionen Europas in ähnlichem
Ausmass auftreten können. Jedenfalls
müssen wir mit wesentlich grösseren
Hochwasser rechnen als denjenigen, die
seit 1850 aufgetreten und gemessen worden
sind.
Das grösste Katastrophenpotenzial
liegt oft allein in der Fehleinschätzung von
Desastern. Zu stark liegt jeweils die Aufmerksamkeit
auf dem jüngst Erfahrenen,
und zu schnell verliert man aus dem Blick,
dass noch Schlimmeres möglich ist.
Dank
Ich danke meinen Eltern sowie meinen Freunden,
insbesondere Janine Marbacher-Markwalder,
Remo Solèr, Jana und Roland Zech,
Martin Grosjean, Adrian Stolz und Christine
Popp-Walser, für ihre wertvollen Inputs. Mein
besonderer Dank gilt David Trudel, der mir bei
meiner Arbeit herzlichst zur Seite stand und
diese durch manch kostbaren Gedankenaustausch
bereicherte.
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Anschrift der Verfasserin
Eveline Zbinden, dipl. Geographin
Thunstrasse 87, CH-3006 Bern
eveline.zbinden@gmx.ch
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 203

Einbettung von Verfahren zur Fliessgewässerbewertung
in ein übergeordnetes
Gewässermanagementkonzept
Vorschläge am Beispiel des Modulstufenkonzepts
Simone D. Langhans, Peter Reichert
1. Einleitung
Bewertungsverfahren für Fliessgewässer
sind ein wichtiges Element des Flussmanagements.
Durch die Bewertung spezifischer
Indikatoren wird der Zustand sowie
die Dynamik eines Flussabschnitts ermittelt,
Defizite aufgedeckt und möglicher
Handlungsbedarf abgeleitet. Bewertungen
können Aufschluss geben über die Veränderung
eines Fliessgewässerzustands
vor und nach der Realisierung einer Massnahme
und ermöglichen es, die Entwicklung
dieser Veränderungen zu verfolgen.
In der Schweiz wurde bereits in den 90er-
Jahren das Modulstufenkonzept (MSK) initiiert,
welches zum Ziel hat, Vollzugshilfen
für die Überprüfung gesetzlicher Vorgaben
im Gewässerschutz zur Verfügung zu stellen
(Bundi et al., 2000). Seither entwickelt
das Bundesamt für Umwelt BAFU, zusammen
mit der Eawag und kantonalen Fachstellen,
Bewertungsmethoden, die eine
einheitliche Beurteilung des Zustands der
Schweizer Flüsse ermöglichen. Die Methoden
umfassen hydrologische, morphologische,
chemisch-physikalische, ökotoxikologische
und biologische Elemente der
Gewässerqualität und wurden ursprünglich
für jeweils zwei Stufen ge plant. Die
Stufe F ist durch ihren geringen Bearbeitungsaufwand
für eine flächendeckende
Untersuchung geeignet. Die Stufe S soll
eine detailliertere und daher aufwändigere
Beurteilung ausgewählter Gewässersysteme
unter Einbezug einer Referenz
ermöglichen sowie die Ableitung eines
Massnahmenplans unterstützen (Bild 1).
Bereits publizierte MSK-Methoden (sog.
Module) bewerten den «Äusseren Aspekt»
(Binderheim und Göggel, 2007),
die Ökomorphologie (Hütte und Niederhauser,
1998), die Hydrologie (Pfaundler
et al., 2011), die Nährstoffe (Liechti, 2010),
die Fische (Schager und Peter, 2004), die
Kieselalgen (Hürlimann und Niederhauser,
2007) und das Makrozoobenthos (Stucki,
2010) auf Stufe F. Für die Ökomorphologie
liegt ebenfalls eine Bewertungsmethode
für Stufe S vor (BAFU, 2010), für die Fische
soll diese nächstens folgen. Für die Probenahme
der Makrophyten wurde eine Anleitung
publiziert (Känel et al., 2009), Bewertungen
zur Temperatur und Ökotoxikologie
stehen noch in der Konzeptionsphase.
Weitere Informationen zu den einzelnen
MSK-Modulen sowie deren (online) Publikation
gibt es im Internet unter http://www.
modul-stufen-konzept.ch.
Die zahlreich publizierten MSK-
Module sowie die Akzeptanz derselben
in der Praxis unterstreichen den Erfolg
dieser Methoden. Die AutorInnen dieses
Artikels schlagen daher vor, die MSK-
Module sowie die damit erhobenen Umweltdaten
in Zukunft auch als Basis für
Bild 1. Aufbau des MSK mit verschiedenen Modulen und Stufen.
ein umfassendes Flussmanagement zu
nutzen, da durch den expliziten Einbezug
ökologischer Bewertungsverfahren als
zentrales Element noch mehr von diesen
Verfahren profitiert werden kann. Um dies
zu erleichtern, ist es vorteilhaft, die ökologische
Zustandsbewertung als Wertfunktionen
im Sinn der Entscheidungstheorie
zu formulieren (Reichert et al., 2011). Entscheidungstheorie
ist ein Instrument das
eingesetzt wird, um bei komplexen Entscheiden,
welche oft widersprüchliche
Ziele haben, eine optimale Lösung zu finden
(Keeney, 1982, Eisenführ et al., 2010).
Sie wird verbreitet bei umweltbezogenen
Entscheidungssituationen, auch in den
Bereichen Gewässermanagement (Jouber
et al., 2003, Linkov et al. 2006) oder Flussmanagement
(Reichert et al., 2007, Corsair
et al., 2009), angewendet. Durch die Formulierung
der ökologischen Bewertung in
204 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Form einer Wertfunktion, kann diese leicht
in das umfassendes Konzept zur multikriteriellen
Entscheidungsunterstützung im
Wassermanagement (MCWM), welches
im Artikel Reichert et al. (2011) eingeführt
wurde, eingebunden werden. Die aus dem
MCWM resultierenden Vorteile sind: i) die
Möglichkeit einer integrativen Fliessgewässerbewertung
auf verschiedenen Ebenen
bei gleichzeitiger Offenlegung der Einzelbewertungen,
ii) eine daraus abgeleitete
integrative Massnahmenplanung iii) sowie
eine unterstützte Entscheidungsfindung
über vorgeschlagene Massnahmen, beispielsweise
bei Flussrevitalisierungen.
Im Entwurf der MSK-Synthese
(Baumann und Langhans, 2010) wurde
bereits ein Vorschlag zur integrativen grafischen
Darstellung und Beurteilung des
Gewässerzustands gemacht. Im Gegensatz
zu dem von uns vorgeschlagenen
Konzept, werden die Module mit der
MSK-Synthese jedoch nur partiell zu einer
abiotischen sowie einer biologischen Bewertung
des Gewässerzustands integriert.
Die Einzelwerte der Bewertungen werden
dabei mittels Worst-case-Aggregation
zusammengefasst. Bei einer Worst-case-
Aggregation wird die schlechteste der
Einzelbewertungen als integrative Bewertung
auf der höheren Stufe übernommen.
Bei Anwendung der Worst-case-Aggregation
kann also nur eine Verbesserung
im Gesamtwert auftreten, falls sich der
schlechteste Einzelwert verbessert. Eine
Qualitätsverbesserung einer der anderen
Einzelwerte wird im Gesamtwert nicht ersichtlich.
Das kann dazu führen, dass relevante
Verbesserungen im Gesamtwert
nicht sichtbar werden, was nicht zielführend
ist. Schliesslich gibt es momentan
keine Pläne, wie die Resultate aus der MSK-
Synthese in ein integratives Flussmanagement
eingebettet werden könnten. In dem
von uns vorgeschlagene Konzept werden
Ideen aus der MSK-Synthese übernommen
und, falls eine Worst-case-Aggregation
implementiert würde, könnten deren
Resultate reproduziert werden.
In diesem Artikel wird am Beispiel
des MSK erläutert, wie ein konventionelles
ökologisches Bewertungsverfahren angepasst
werden kann, um es im Rahmen
des Konzepts für multikriterielle Entscheidungsunterstützung
im Wassermanagement
(MCWM, Reichert et al., 2011) zur
Zustandsbewertung und Entscheidungsfindung
zu nutzen. Dieser Artikel konkretisiert
damit das in Reichert et al. (2011)
skizzierte Konzept. In Kapitel 2 wird dargestellt,
wie die Ziele der einzelnen MSK-
Module in einer Zielhierarchie dargestellt
werden könnten. Kapitel 3 erklärt wie die
Einzelbewertungen aus den MSK-Modulen
in Wertfunktionen umformuliert werden
können, und in Kapitel 4 wird die Integration
dieser Wertfunktionen durch passende
Aggregationstechniken aufgezeigt. Kapitel
5 beschreibt anhand eines konkreten
Beispiels wie die Erstellung, Verarbeitung
und Visualisierung der Bewertungen von
einer Software unterstützt werden können.
In Kapitel 6 werden konkrete Ergänzungen
des MSK vorgeschlagen, bevor Kapitel 7
die wichtigsten Punkte nochmals zusammenfasst.
2. Einbettung der MSK-Module
in eine Zielhierarchie
Um eine integrative Bewertung mittels
einer Wertfunktion zu erleichtern ist es
empfehlenswert, zuerst die Ziele aus den
Bild 2. Zielhierarchie
mit
Oberziel, vier
Unterzielen und
zugehörigen Attributen
abgeleitet
aus dem Modul
Ökomorphologie
auf Stufe F. Der
Attributbereich ist
jeweils in runden
Klammern und
die Messeinheit in
eckigen Klammern
angegeben.
MSK-Modulen in Form einer Zielhierarchie
darzustellen. Eine Zielhierarchie ist eine
Ansammlung von Zielen, welche hierarchisch
angeordnet sind. Oberziele sind in
spezifischere und möglichst komplementäre
Unterziele aufgelöst, die zusammen
alle wesentlichen Aspekte des Oberziels
beinhalten (Eisenführ et al., 2010). Zielhierarchien
werden benutzt, um die Vollständigkeit
und Komplementarität der
Zielsetzung eines Projektes, in unserem
Fall die Bewertung des naturnahen ökologischen
Zustands, besser überprüfen
zu können. Um die Ziele aus dem MSK in
eine Zielhierarchie zusammenzuführen,
werden die Ziele aus den verschiedenen
Modulen separat in Zielhierarchien übersetzt.
In Bild 2 ist exemplarisch die Zielhierarchie
für das Modul «Ökomorphologie
Stufe F» dargestellt. Die Zielhierarchien
der verschiedenen Module werden dann
zu einer Zielhierarchie für den naturnahen
ökologischen Zustand zusammengeführt
(Bild 3).
Die Kombination der Ziele aus den
Modulen in einer Zielhierarchie (Bild 3) erfordert,
im Vergleich zum MSK, zusätzliche
Strukturen: um eine integrative Bewertung
zu ermöglichen, werden die Unterziele
auf Ebene 4 betreffend «Nährstoffe und
Äusserer Aspekt» in den übergeordneten
Zielen «Naturnahe Nährstoffkonzentrationen»
und «Naturnaher Äusserer Aspekt»
zusammengefasst, wohingegen diese Unterziele
in den entsprechenden Modulen
nur separat behandelt werden. Im Gegensatz
zur MSK-Synthese (Baumann und
Langhans, 2010), wo die Bewertungen der
Ökomorphologie, Hydrologie und Nährstoffe
in einen abiotischen Wert aggregiert
werden, wird in der hier vorgeschlagenen
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 205

Zielhierarchie ein Zwischenschritt eingeschoben:
Die Ökomorphologie, Hydrologie
und Temperatur werden im Ziel «Naturnaher
hydromorphologischer Zustand»
zusammengefasst, die Nährstoffe und die
ökotoxikologisch schädlichen Stoffe im
Ziel «Naturnahe Chemie/Ökotoxikologie».
Zusätzlich schlagen wir vor, die beiden
Ziele mit der «Biologie» und dem «Äusseren
Aspekt» zu einem einzigen Oberziel «Na-
Bild 3. Vorgeschlagene Zielhierarchie für das Oberziel «Naturnaher ökologischer
Zustand». Strukturen in schwarz wurden direkt aus den MSK-Modulen übernommen,
Strukturen in grau neu hinzugefügt.
Bild 4. Abbildung der MSK-Qualitätsklassen auf die Wertskala bei A) fünf, B) vier und C) drei Klassen.
turnaher ökologischer Zustand» zu aggregieren.
Um den Erreichungsgrad eines
Ziels messbar zu machen, werden den
Unterzielen auf der jeweils untersten hierarchischen
Ebene objektiv messbare
Grössen, die Attribute zugeordnet (Eisenführ
et al., 2010). Ausprägungen von MSK-
Attributen werden im Feld kontinuierlich
(beliebiger Wert innerhalb eines Bereichs;
z.B. Messung der organischen Kohlenstoff-Konzentration
(TOC)) oder diskret
(endli-che Zahl von Werten; z.B. keine,
vereinzelte, viele Feststoffe/Abfälle) bestimmt.
Bild 2 zeigt exemplarisch die Attribute
des Moduls «Ökomorphologie F»,
welche für die Bewertung der jeweiligen
Unterziele verwendet werden.
3. Darstellung der MSK-Bewertungen
in Wertfunktionen
Zustandsbewertungen werden in der Entscheidungstheorie
mittels sogenannten
Wertfunktionen quantifiziert. Die Wertfunktion
drückt den Erreichungsgrad eines Ziels
(z.B. «Naturnaher Uferbereich») als Funktion
der messbaren Attribute des Systems
aus (z.B. «Uferbreite» oder «Uferbeschaffenheit»,
Eisenführ et al., 2010, Reichert
et al., 2011). Eine Wertfunktion kann nur
Werte zwischen 0 (für einen sehr schlechten)
und 1 (für den naturnahen Zustand) annehmen.
Da es wegen der grossen Zahl von
Attributen sehr schwierig ist, den Wert des
Oberziels direkt in Funktion aller Attribute
zu formulieren, wird die Wertfunktion gemäss
den Zielen hierarchisch konstruiert.
Dabei werden Wertfunktionen pro Unterziel
der tiefsten hierarchischen Ebene formuliert,
welche zur Quantifizierung der Erfüllung
der höheren Ziele (und schliesslich
des Oberziels) in weiteren Schritten aggregiert
werden (Kapitel 4). Der grosse Vorteil
von Bewertungen mittels Wertfunktionen
ist, dass sie untereinander vergleichbar
sind, auch wenn die gemessenen Attribute
unterschiedliche Messeinheiten oder Bereiche
haben. Um diesen Vorteil nutzen zu
können, müssen die bereits bestehenden
206 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bewertungen der MSK-Module in Wertfunktionen
dargestellt, d.h. umformuliert
werden. Je nach Bewertungsart werden
dabei drei Fälle unterschieden: Umformulierungen
von diskret (Kapitel 3.1), nicht
zwingend diskret (Kapitel 3.2), und kontinuierlichen
Bewertungen (Kapitel 3.3).
Diskrete Bewertungen basieren auf Attributdaten,
welche nur diskret erhoben
werden können. Nicht zwingend diskrete
Bewertungen basieren im MSK ebenfalls
auf diskreten Attributdaten, könnten jedoch
auch kontinuierlich erhoben werden.
Kontinuierliche Bewertungen basieren auf
kontinuierlich erhobenen Daten. Wo immer
möglich und vom Aufwand her gerechtfertigt,
sind kontinuierliche Attributdaten vorzuziehen
(Begründung siehe Kapitel 6). Im
Folgenden wird das Vorgehen bei der Umformulierung
erläutert.
Für alle drei Fälle muss zuerst definiert
werden, wie die Qualitätsklassen
aus dem MSK auf die Wertskala (Bild 4, y-
Achse) abgebildet werden. Dies ist nötig,
da das MSK keine kontinuierliche Wertskala,
sondern nur diskrete Qualitätsklassen
kennt. Auf der Wertskala entspricht
die Länge eines Intervalls dem entsprechenden
Wertverlust oder Wertgewinn.
Bei der Bewertung mit fünf Qualitätsklassen
(z.B. Hydrologie, Bild 4A) werden die
Klassen von uns so gewählt, dass sie je-
weils einem gleich langen Wertintervall
entsprechen. Das ist eine naheliegende
Interpretation, die aber im MSK nicht explizit
diskutiert wird. Bei dieser Interpretation
entspricht jede Klasse einem Wertintervall
der Länge 0.2 (siehe Reichert et al.,
2011). Im MSK wird ein ausreichend guter
Zustand gemäss Gewässerschutzgesetz
(GSchG) bzw. Gewässerschutzverordnung
(GSchV) einer der obersten beiden Klassen
zugeordnet (grün, blau), während ein ungenügender
Zustand zu einer Bewertung in
einer der unteren drei Klassen führt (gelb,
orange, rot). Auf der Wertskala bedeutet
das, dass der Wert bei einem ausreichend
guten Zustand mindestens 0.6 beträgt.
Beim Modul «Ökomorphologie F» werden
nur vier Klassen verwendet (Bild 4B). Da
hier ebenfalls die obersten zwei Klassen
zu einem gesetzlich ausreichend guten Zustand
führen, muss der Wert, der die zweite
von der dritten Klasse trennt, ebenfalls 0.6
sein. Bei einer Zuordnung gleich breiter
Klassen jeweils für den Bereich oberhalb
und unterhalb von 0.6 ergeben sich für
die besten beiden Klassen eine Breite von
0.2 und für die beiden schlechten Klassen
eine Breite von 0.3. Analog dazu kommen
die Grenzen bei drei Zustandsklassen
(Bild 4C), wie sie im Modul «Äusserer Aspekt»
verwendet werden, bei den Werten
0.3 und 0.6 zu liegen.
Bild 5. Umformulierung von diskret erhobenen Attributdaten in Werte. Bewertung der
Ausprägungen A) des Attributs Schaum und B) des Attributs Makroindex.
Bild 6. Umformulierung von nicht zwingend diskreten Bewertungen.
3.1 Umformulierung von diskreten
Bewertungen
Ansatz: Diskreten Attributen werden diskrete
Werte der Wertfunktion zugewiesen,
die äquidistant auf das Intervall von 0 bis
1 verteilt werden. Dies gilt nur, wenn keine
Begründung für eine andere Wahl vorliegt
und/oder die resultierenden Werte mit
den vorgegebenen MSK-Qualitätsklassen
kompatibel sind. Andernfalls werden
Teilbereiche äquidistant eingeteilt.
Beispiele: Das Attribut «Schaum»
aus dem Modul «Äusserer Aspekt» wird
in drei Ausprägungen (kein, wenig/mittel,
viel) gemessen. Die beste (kein Schaum)
bzw. schlechteste (viel Schaum) Ausprägung
erhält die Werte 1 bzw. 0. Der mittleren
Ausprägung (wenig/mittel) wird der
Wert 0.5 zugewiesen, welcher durch eine
äquidistante Teilung der Werte zwischen
0 und 1 entsteht (Bild 5A). 0.5 liegt im gelben
Bereich der Wertskala, was mit der
MSK-Qualitätsklasse für diese Attributausprägung
übereinstimmt. Beim Attribut
Makroindex (MI) aus dem Modul «Entwurf
Makrozoobenthos F» (Frutiger und Sieber,
2005) können die Werte nicht äquidistant
zwischen 0 und 1 verteilt werden, da sonst
der Wert für die Attributausprägung MI = 5
in die falsche Qualitätsklasse zu liegen
kommt (gelb anstatt orange wie im MSK
vorgegeben). Daher wird hier der Attributausprägung
MI = 4 der Wert 0.5 zugeordnet,
und die beiden Teilbereiche (MI 1–4
und 4–8) äquidistant eingeteilt. Dies führt
zu den Werten 1, 0.833, 0.667, 0.5, 0.375,
0.25, 0.125 und 0 für die Attributausprägungen
des MI von 1–8 (Bild 5B).
3.2 Umformulierung von nicht zwingend
diskreten Bewertungen
Ansatz: Es wird eine kontinuierliche (stetige)
Wertfunktion konstruiert. Da in der
aktuellen Datenbasis nur die Zugehörigkeit
der erhobenen Attributausprägung
zum Attributbereich bekannt ist (nicht
aber zu einem bestimmten Wert), werden
die Werte der Attributausprägungen
so konstruiert, dass sie den Bewertungen
der Mittelpunkte der Attributbereiche
entsprechen. Dies führt dann wegen der
stückweisen Linearität der Wertfunktion zu
Werten in der Mitte der zugehörigen Qualitätsklassen.
Dies wurde so festgelegt,
dass bei einer späteren, kontinuierlichen
Erhebung kontinuierliche Bewertungen
resultieren, die mit den aktuellen Klassen
kompatibel sind.
Beispiel: Die diskret erhobenen
Daten für das Attribut «Verschlammung»
aus dem Modul «Äusserer Aspekt» könnten
als kontinuierliche Wertfunktion mit %-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 207

Tabelle 1. Übersicht der notwendigen Informationen zur Umformulierung von eindimensionalen
Bewertungen in Wertfunktionen: a) MSK-Bewertung, b) Anpassung
und Ergänzung der MSK-Bewertung, c) Abbildung der MSK-Qualitätsklassen auf der
Wertskala.
Verschlammung der Flusssohlenfläche als
Attributeinheit dargestellt werden (Bild 6A).
Dazu werden drei Attributintervalle angenommen
(0%, × 1%, × 2%, 100%). Diese
werden den drei Wertintervallen gegenübergestellt
(schwarze Punkte). Die kontinuierliche
Wertfunktion ergibt sich durch
lineare Interpolation dieser Kombinationen
(durchgezogenen Linie). Die Werte für die
diskret erhobenen Daten aus dem MSK
(kein, wenig/mittel, viel) werden so konstruiert,
dass sie den Mittelpunkten der Attributintervalle
entsprechen (dies führt zu
den Werten 0.15, 0.45, 0.8; Bild 6B). Um die
Wertfunktion mit kontinuierlich erhobenen
Attributen verwenden zu können, müssten
noch die Klassengrenzen × 1% und × 2%
von Experten festgelegt werden.
3.3 Umformulierung von kontinuierlichen
Bewertungen
Ansatz: Es wird eine stetige Wertfunktion
konstruiert. Die Funktion steigt im Attributbereich,
welcher der jeweiligen Qualitätsklasse
zugeordnet ist, linear vom tiefsten
Wert der Klasse zum höchsten an. Dies
führt zu einer Bewertung, die mit den MSK-
Qualitätsklassen kompatibel ist, aber Zwischenbewertungen
innerhalb der Klassen
feiner auflöst. Im MSK werden ein- und
zweidimensionale kontinuierliche Bewertungen
verwendet.
Beispiel einer eindimensionalen
Bewertung: Das Attribut «TOC» wird im
Bild 7. Wertfunktion einer kontinuierlichen
Bewertung.
Modul «chemisch-physikalische Erhebungen,
Nährstoffe mit fünf Zustandsklassen»
gemäss Tabelle 1a bewertet. Um
eine stetige Wertfunktion zwischen den
Werten 0 und 1 erstellen zu können, müssen
die Klassengrenzen der TOC-Bewertung
um einen Minimal- und einen Maximalwert
erweitert werden. Als Minimalwert
wählen wir eine realistische, bestmögliche
TOC-Konzentration (0.5 mg/l C), als Maximalwert
eine schlechtestmögliche (15 mg/
l C) (Tab. 1b). Die Einteilung der Qualitätsklassen
auf der Wertskala folgt dem
Schema für fünf Klassen (Tab. 1c). Zur Erstellung
der Wertfunktion werden nun die
erweiterten TOC-Konzentrationen auf der
x-Achse den Werten der Wertskala auf der
y-Achse gegenübergestellt. Dadurch wird
eine stückweise lineare, stetige Wertfunktion
konstruiert, wobei die MSK-Klassenzugehörigkeiten
erhalten bleiben (Bild 7).
Beispiel einer zweidimensionalen
Bewertung: Im Modul «Hydrologie» werden
neben ein- auch zweidimensionale
Ansätze verwendet, z.B. um das Unterziel
«Keine wesentlichen Beeinträchtigungen
durch Schwall-Sunk» oder «Keine Hochwasserereignisse
durch Regenwassereinleitungen»
zu bewerten. Dabei hängt die
Bewertung jeweils vom Zusammenspiel
zweier Attribute ab. Die Bewertung z.B.
des Schwall-Sunk-Phänomens im MSK
durch das zweidimensionale Klasseneinteilungsdiagramm
in Bild 8A ist weniger
streng, wenn die Attributausprägung von
«Schwallabfluss/mittlerem jährlichen Abfluss
des Referenzzustands» im unteren
Attributbereich liegt. Eine solche zweidimensionale
Bewertung mit diskreten
Klassenbereichen wird in eine kontinuierliche,
zweidimensionale Wertfunktion umformuliert,
indem für jede Attributausprägung
des Attributs 1 die Klasseneinteilung
analog zum eindimensionalen Fall durch
eine stückweise lineare Funktion des Attributs
2 ersetzt wird. Dies heisst konkret,
dass beispielsweise für die Ausprägung
von Attribut 1 = 1.75 (Bild 8B) die jeweiligen
Ausprägungen des Attributs 2 bei
den Schnittstellen mit den Klassengrenzen
abgelesen werden. Die Kombinationen der
Ausprägungen von Attribut 2 mit der jeweiliger
Klassengrenze bilden die Punkte,
welche die Wertfunktion bilden (durchgezogene
Linie; Bild 8C).
3.4 Andere Fälle
Schritt für Schritt werden alle Bewertungen
aus den MSK-Modulen umformuliert.
Dabei müssen folgende Punkte beachtet
werden:
Modul «Ökomorphologie F»: Die Ökomorphologie
wird auf Stufe F mit vier
Klassen gemäss Bild 4B bewertet.
Modul «Hydrologie»: Zusätzlich zum Ziel
«Keine wesentlichen Beeinträchtigungen
durch Schwall-Sunk» wird das Ziel
«Keine wesentlichen Beeinträchtigungen
durch Spülungen und Entleerungen»
ebenfalls durch eine zweidimensionale
Wertfunktionen abgebildet. Für
das Attribut «Hochwasserereignisse
durch Regenwassereinleitungen» ist
im Modul keine Ausprägung für den
schlechtesten Wert definiert und wird
daher aus Rossi (2004) abgeleitet. Die
Bewertungen aller neun Unterziele führen
direkt zu je einer Qualitätsklasse,
welche mit einer Technik, die additiv
und worst-case kombiniert (siehe Ka-
Bild 8. Umformulierung einer zweidimensionalen Bewertung. A) MSK-Bewertung von
Schwall-Sunk, B) Ablesen der Werte, C) Wertfunktion bei einem Wert von 1.75 für Attribut
1. *korrigiert für die Einzugsgebietsfläche, **korrigiert für die Pegeländerungsrate.
208 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

pitel 4), zu einer einzigen Qualitätsklasse
aggregiert werden können.
Modul «chemisch-physikalische Erhebungen,
Nährstoffe»: Die Nährstoffe
werden gemäss Kapitel 3.3 mit einer
kontinuierlichen Skala bewertet, wobei
im Modul keine Angabe zur besten,
bzw. schlechtesten Ausprägung der
Attribute gemacht wird. Der Wert 1 wird
daher für die optimale Nährstoff-Konzentration
je Attribut und der Wert 0 als
Attributzustand im Abfluss einer nicht
optimal funktionierenden Kläranlage
definiert (schlechtest möglicher Zustand
in einem Fliessgewässer).
Modul «Makrozoobenthos F»: Bis anhin
wurde das Makrozoobenthos in der
Schweiz entweder mit dem französischen
Index IBGN (Cabinet GAY Environnement
2000) oder dem Makroindex
(Frutiger und Sieber, 2005) bewertet.
Das im 2010 erschienene Modul
«Makrozoobenthos F» (Stucki, 2010)
empfiehlt nun neu, den Index IBCH zu
verwenden. Das von uns vorgeschlagene
Konzept erlaubt es, IBGN-, Makroindex-
und IBCH-Daten in die Bewertung
mit einzubeziehen (gemäss
Zielhierarchie Bild 3).
Modul «Kieselalgen»: Die Kieselalgen
werden kontinuierlich durch einen Index
bewertet.
Modul «Fische F»: Auch im Modul
«Fische F» fehlen z.T. Angaben zu besten
resp. schlechtesten Attributausprägungen.
Diese Lücken werden
durch Expertenschätzungen gefüllt.
Modul «Äusserer Aspekt»: Der «Äussere
Aspekt» verwendet gemäss Bild 4C drei
diskrete Zustandsklassen für die Bewertung.
Alle neun Unterziele werden
diskret bewertet, wobei die Einzelbewertungen
direkt in Zustandsklassen
münden (keine Aggregation). Eine
Umformulierung der diskreten in kontinuierliche
Bewertungen wäre, ausser
bei den Unterzielen «Kein Schaum»
und «Kein Geruch» möglich (nicht
zwingend diskrete Bewertungen).
Trotz dieser offensichtlichen Vielfältigkeit
an modulspezifischen Eigenheiten sind
alle Bewertungen mit unserem Konzept
kompatibel.
4. Integration der Einzelbewertungen
durch Aggregation
Nachdem die Wertfunktionen der Unterziele
auf der jeweils untersten Ebene (Attribute)
aus den Bewertungen der MSK-Module
übersetzt sind, können diese Werte
zur Quantifizierung der Erfüllung der Ziele
auf jeder beliebigen Ebene, bis zum Ge-
samtwert für den naturnahen ökologischen
Zustand, aggregiert werden. Werte der
Ziele auf der untersten Ebene sind zum
Beispiel wichtig für die Defizitanalyse. Integrale
Qualitätswerte von Flussabschnitten
können z.B. für die Priorisierung von Massnahmen
oder für den Dialog mit Personen
aus der Politik oder aus Interessengruppen
eingesetzt werden.
Die Wahl der Aggregationsfunktion
ist sehr entscheidend, denn sie bestimmt,
zu welchem Grad sich eine schlechte Erfüllung
eines Unterziels durch die gute Erfüllung
eines anderen Unterziels kompensieren
lässt. Die einfachste Aggregation,
die von einer solchen Kompensierbarkeit
ausgeht, besteht aus der Bildung eines
gewichteten Mittelwertes (additive Aggregation,
Eisenführ et al., 2010) der Erfüllungsgrade
der Unterziele, wie sie zum
Beispiel beim Modul «Fische F» oder der
«Ökomorphologie F und S» vorkommt.
Die additive Aggregation ist passend,
wenn mit mehreren, ähnlichen Attributen
ein Ziel bewertet werden soll. In diesem
Fall ist eine gegenseitige Kompensation
unterschiedlicher Ergebnisse sinnvoll, da
durch die Mittelwertbildung die Zuverlässigkeit
des Ergebnisses erhöht wird. Messen
Unterziele hingegen wichtige, komplementäre
Aspekte eines Ziels, ist eine
solche vollständige Kompensierbarkeit
unerwünscht. Für diesen Fall ist die Worstcase-Aggregation
eine Alternative, welche
dem übergeordneten Ziel die schlechteste
der Bewertungen der Unterziele zuweist.
Diese Bewertung findet dort Anwendung,
wo eine schlechte Ausprägung eines bestimmten
Attributs durch keine anderen
Attribute kompensiert werden darf. Bei
Aggregationen auf höheren Ebenen, um
beispielsweise das Oberziel «Naturnaher
ökologischer Zustand» zu bewerten,
wurden beide Aggregationstechniken in
der Praxis als unrealistisch beurteilt. Einerseits
erlaubt die additive Aggregation
eine zu weit gehende Kompensation von
Defizitbereichen, andererseits hat die
Worst-case-Aggregation den Nachteil,
dass eine Verbesserung des Zustands nur
dann erreicht werden kann, wenn die Erfüllung
des Unterziels mit der schlechtesten
Bewertung verbessert wird. Wir schlagen
daher vor, für die Aggregationen auf höheren
Ebenen, auf welchen vermehrt komplementäre
Aspekte aggregiert werden,
eine alternative Technik zu verwenden.
Dafür kombinieren wir die Cobb-Douglas-
Funktion aus der Micro ökonomie (Cobb
and Douglas, 1928, Varian 2010) mit additiver
und/oder Worst-case-Aggregation
zu einer gemischten Technik. Diese ist so
angelegt, dass eine Zustandsverbesserung
des schlechtest erfüllten Unterziels
zu einer maximalen Verbesserung des
aggregierten Gesamtwerts führt; wird das
Unterziel mit dem zweitschlechtesten Erfüllungsgrad
um denselben Betrag verbessert,
ergibt sich eine geringere Verbesserung
des Gesamtwerts; und eine
vergleichbare Verbesserung des am besten
erfüllten Unterziels fällt am wenigsten
ins Gewicht. Zudem kann bei dieser gemischten
Technik frei gewählt werden, wie
stark die verschiedenen Komponenten das
Resultat beeinflussen sollen. Erste Diskussionen
mit Experten bestätigten, dass die
gemischte Aggregation ihre Präferenzen
besser abbildet als eine additive oder
Worst-case-Aggregation. Im Rahmen von
zukünftigen Studien müssen jedoch verschiedene
Aspekte der gemischten Aggregation
noch genauer untersucht werden.
Bild 5 in Reichert et al., 2011 veranschaulicht
die Aggregation am Beispiel von zwei
Attributen. Eine ähnliche Technik wird bereits
im Modul «Hydrologie» angewendet.
In unserer Zielhierarchie (Bild 3)
wurden die bereits in den MSK-Modulen
festgelegten Aggregationen übernommen.
Will man nun zu einer integrativen
Beurteilung kommen, müssen auch Zielwerte,
welche im MSK nicht aggregiert
wurden, zusammengefasst werden. Für
die Nährstoffe sowie den Äusseren Aspekt
schlagen wir dafür eine worst-case
Aggregation vor, da die Qualitätsanforderungen
gemäss GSchV Anhang 2 Ziffer 11
und 12 für die einzelnen Unterziele erfüllt
sein müssen. Aus den bereits diskutierten
Gründen empfehlen wir, für alle neu zu
definierenden Aggregationen (auf hohen
hierarchischen Ebenen) die gemischte
Aggregation zu verwenden. Die Gewichte
in diesen Aggregationen müssen noch mit
einer entsprechenden Expertengruppe
diskutiert und festgelegt werden.
5. Anwendungsbeispiele mit
Softwareunterstützung
Nach der Festlegung der einzelnen Aggregationstechniken
ist das MSK vollständig
umformuliert. Mit Hilfe der erstellten
Wertfunktionen können nun aus Daten
von gemessenen Attributen Qualitätszustände
auf verschiedenen hierarchischen
Ebenen – von Teilzielen innerhalb der Module,
über die Modul-Ebene bis zur finalen
Integrationsebene – berechnet werden.
Als Grundlage dienen weiterhin Daten,
welche MSK-Module erhoben. Für die
Zustandsbewertung, z.B., können aus
diesen Attributdaten die Zielerreichungsgrade
der jeweils dazugehörigen Unter-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 209

Bild 9. Software-Output der Ziel-hierarchie des Ist-Zustands eines fiktiven Flussabschnitts x. Abkürzungen der Attribute könnten in
der Wörterbuch-Datei nachgeschlagen werden.
ziele mit den Wertfunktionen auf unterster
Ebene berechnet werden. Diese Werte
werden dann durch die definierten Aggregationen
zu den jeweils nächst höheren
Ebenen zusammengefasst. Die Aggregationen
werden so lange fortgeführt, bis
man den Qualitätswert des gewünschten
Ziels erreicht hat. Diese Schritte können
manuell durchgeführt werden. Um die Anwendung
zu erleichtern, haben wir eine
Software-Applikation entwickelt, die auf
der frei verfügbaren Statistik und Grafiksoftware
R (http://www.r-project.org) ba-
siert. Diese Software steht Interessierten
zur freien Verfügung. Die Software benötigt
als Input eine Textdatei, in welcher die
Zeilen die Attributwerte für verschiedene
Flussabschnitte oder verschiedene Managementoptionen
enthalten. Eine solche
Datei kann sehr einfach mit den gängigen
Tabellenkalkulations- oder Datenbankprogrammen
erstellt werden. Da nicht alle
Kantone die gemessenen Attribute in ihren
Datenbanken gleich benennen, steht eine
Wörterbuch-Datei zur Verfügung, welche
vor der Anwendung der Software mit den
kantonsspezifischen Attributnamen ergänzt
werden kann. Damit wird vermieden,
dass die Kantone ihre Namenskonventionen
ändern müssen. Die Software
erlaubt den Nutzern, die Definition der
MSK-Bewertung und ihre Attributdaten
einzulesen, Wertfunktionen zu berechnen
und die Resultate grafisch darzustellen.
Im Folgenden werden mögliche Anwendungen
des in diesem Artikel vorgeschlagenen
Konzepts sowie der Software anhand
von zwei Beispielen illustriert.
210 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Tabelle 2. Werte der Unterziele exportiert aus der Software. Bewertungen, welche wegen fehlender Daten
nicht durchgeführt werden können, sind durch «NA» gekennzeichnet. Bewertungen können gleichzeitig für
mehrere Flussabschnitte durchgeführt werden (x, y, usw.).
Beispiel 1a: Grafische Darstellung der
Qualität eines Flussabschnitts
Bild 9 zeigt den Software-Output
einer Zielhierarchie für einen fiktiven Flussabschnitt,
für welchen gemessene Daten
für alle Attribute ausser für die Makrozoobenthos
Indizes IBCH und IBGN (weisse
Kästchen) vorhanden sind. Der Zielerreichungsgrad
für das Modul «Makrozoobenthos»
kann trotz der fehlenden Werte des
IBGN und IBCH berechnet werden, da für
dieses Modul nur eines der drei Unterziele
als notwendig definiert wurde (siehe Kp. 6).
Die aggregierte Qualitätsklasse für den
«Äusseren Aspekt» und den chemischen
Zustand zeigt, wie im Modul «Nährstoffe»
beschrieben, die Worst-case-Klasse an.
In dieser Darstellung können die Defizite
z.B. auf Attribut-, Modul- oder auf höheren
Ebenen direkt und sehr einfach abgelesen
werden.
Beispiel 1b: Tabellarische Darstellung der
Flussabschnittsqualität in Werten
Die exakten Werte für alle Unterziele
einer Flussabschnittsbewertung,
welche die Qualitätsklassen und damit
die Farben in der Zielhierarchie definieren
(Bild 9), können direkt in eine Textdatei
exportiert werden (Tab. 2). Im Falle des
Flussabschnitts x liegt z.B. der Wert des
Oberziels «Naturnaher ökologischer Zustand»
(Ökologie) bei 0.37, der Wert des
Unterziels «Naturnaher biologischer Zustand»
(Biologie) bei 0.38 etc.
Beispiel 2: Vergleich der Flussabschnittsqualität
vor und nach potenziellen Revitalisierungsmassnahmen
Plant ein Kanton eine Revitalisierungsmassnahme
an einem Flussabschnitt,
so können die potenziellen
Qualitätsverbesserungen, welche durch
verschiedene Massnahmen erwartet werden,
berechnet, grafisch dargestellt und
so miteinander verglichen werden. Dies
bedingt teilweise eine Schätzung der erwarteten
Auswirkungen der Massnahmen
auf die MSK-Attribute. In Bild 10A wird die
ökologische Qualität des fiktiven Flussabschnitts
aus Bild 9 nach einer Gerinneaufweitung
simuliert, bzw. abgeschätzt. Dafür
werden für die morphologischen Attribute
«Werte der geplanten, verbesserten Attributausprägungen»
eingesetzt, alle anderen
Attributausprägungen bleiben für
dieses Beispiel gleich. Bild 10B zeigt die simulierte
Qualitätsverbesserung nach einer
möglichen Kombination von Massnahmen
wie z.B. der Reduktion von Schwall-Sunk,
höheren Restwassermengen oberhalb der
Wasserrückgabe, oder ein verändertes
Spülreglement im selben Flussabschnitt
ohne morphologische Aufwertung. Gemäss
dieser Darstellung der Zielhierarchie
würde, in diesem fiktiven Beispiel,
der Flussabschnitt
im abiotischen Bereich
mehr von der
morphologischen
als von den hydrologischenAufwertungen
profitieren:
der abiotische sowie
der ökologische
Zustand wechselt
nur bei der mor-
phologischen Aufwertung von einem unbefriedigenden
(orange; Bild 9) zu einem
mässigen Zustand (gelb; Bild 10B). Ein
Vergleich der exakten Werte beider Massnahmen
kann diesen Vergleich noch spezifizieren:
das Oberziel «Naturnaher ökologischer
Zustand» erreicht mit der Massnahme
Aufweitung den Wert 0.42 und ist
daher nur geringfügig besser als mit den
Massnahmen zur Verbesserung des hydrologischen
Regimes (Wert = 0.37). Will
man einen Schritt weiter gehen, könnten
die Daten zu Verbesserungen der Attributausprägungen
im biologischen Bereich,
welche durch die Massnahmen zu erwarten
sind, ebenfalls für eine Zielhierarchiesimulation
verwendet werden. Solche
Effekte von Massnahmen auf Attribute
können beispielsweise von Experten geschätzt
oder durch mathematische Modelle
prognostiziert werden (Borsuk et al.,
2006, Schweizer et al., 2007).
6. Vorschläge zur Erweiterung
des MSK
Die in den Kapiteln 1–5 erläuterte Implementation
von Zielhierarchien und Wertfunktionen
ebnet nun den Weg für verschiedene
Erweiterungen des MSK, welche
die Bewertung genauer und flexibler
machen sowie seine Einbettung in das
übergeordnete Konzept für multikriterielle
Bild 10. Ausschnitt der Zielhierarchie des fiktiven Flussabschnitts x berechnet aus Attributdaten, welche nach potentiellen Revitalisierungsmassnahmen
erwartet würden. A) nach einer Gerinneaufweitung und Verbesserung der Sohle- und Uferverhältnisse, B)
nach verschiedenen Massnahmen zur Aufwertung des hydrologischen Regimes.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 211

Entscheidungsunterstützung im Wassermanagement
(MCWM) wesentlich erleichtern
würden.
Um die integrative Aggregation der
Zielwerte zu vereinfachen schlagen wir
vor, die Unterziele «Naturnahe Hydromorphologie»
und «Naturnahe Chemie/
Ökotoxikologie» einzuführen (Bild 3).
Dadurch müssen nur drei respektive
zwei Unterziele (anstelle von fünf) zur
nächst höheren Ebene aggregiert werden,
was das Festlegen der Aggregationsparameter
vereinfacht.
Messung von Attributen und Bewertung
von Zielen sollen immer strikt
getrennt werden. Dadurch können
Messdaten auch dann noch verwendet
werden, wenn sich die Bewertungsskala
in Zukunft ändern sollte. Zudem
wird die Unsicherheit der Bewertungen,
welche durch die Variabilität in der
Datenaufnahme verschiedener Personen
entsteht, minimiert. Diese Forderung
ist beim MSK bereits weitgehend
erfüllt.
Nicht zwingend diskrete Attribute sollen
in Zukunft, wo immer möglich und
vom Aufwand her gerechtfertigt, kontinuierlich
erhoben werden: z.B. könnte
die Wasserspiegelbreitenvariabilität
(aus dem Modul «Ökomorphologie F»)
anstatt diskret (ausgeprägt, eingeschränkt,
keine) kontinuierlich mittels
Variationskoeffizienten einiger Daten
der Wasserspiegelbreite beurteilt werden.
Attribute mit Schätzungen von
wenig, mittel, viel (z.B. Modul «Äusserer
Aspekt») könnten durch Schätzungen
von Bedeckungsgraden, usw. ersetzt
werden. Dadurch wird die Datenerhebung
objektiver und deren Bewertung
genauer, was den erhöhten
Erhebungsaufwand rechtfertigen könnte.
Zudem, wie wir im Anwendungsbeispiel
(Kp. 5) gesehen haben, kann
ein kleiner Wertunterschied bereits
eine Änderung in der Zustandsklasse
bewirken. Eine kontinuierliche Skala
macht diese Fälle offenkundig. Wenn
zusätzlich zu den Attributwerten auch
deren Messfehler erhoben werden,
würde die Genauigkeit der Messung
noch besser dokumentiert und die
Bewertungsqualität zusätzlich beurteilt
werden können.
Attribute und Ziele können als notwendig
oder freiwillig eingestuft werden.
Als notwendig definierte Attribute/Ziele
müssen zwingend aufgenommen/bewertet
werden, damit das
darauf aufbauende Ziel auf der nächst
höheren Ebene bewertet werden kann.
Die Standard-MSK-Bewertung kann
dadurch mit zusätzlichen Attributen/
Zielen ergänzt werden, ohne dass sich
etwas an der Bewertung ändert, wenn
diese zusätzlichen Daten nicht vorhanden
sind. Dies hat zum Vorteil, dass
Kantone, welche zusätzliche Daten
erheben, diese auch verwenden können
und dadurch eine breiter abgestützte
Bewertung machen können.
So können auch Module auf Stufe
F durch Module auf Stufe S ersetzt oder
Unterziele durch verschiedene Attribute
bewertet werden (beispielsweise
bei der Bewertung des Unterziels «Naturnahes
Vorkommen von Makrozoobenthos»
durch die drei Attribute
IBGN, IBCH und Makroindex; Bild 3
und 9).
Eine detailliertere Bewertung erfordert
die Einführung einer Flusstypisierung.
Die Bewertung oder zumindest einzelne
Elemente davon hängen dann
vom Flusstyp ab.
Künftige oder zu überarbeitende Module
sollten direkt als Wertfunktionen
formuliert werden. Diese methodische
Vereinheitlichung der verschiedenen
MSK-Bewertungen erleichtert die Erarbeitung
und Kommunikation des Bewertungsverfahrens,
ohne die Entwicklung
der Methoden zu erschweren.
Künftige oder zu überarbeitende Module
sollen vermehrt auf der wachsenden
internationalen Literatur aufbauen.
Die Begründung für die Wahl von Bewertungselementen
und Gewichtungen
sollen zusätzlich zur Methodenbeschreibung
publiziert werden. Dies
macht die Methoden einem grösseren
Publikum bekannt, erhöht die Transparenz
der Methoden und erleichtert
deren Weiterentwicklung.
7. Schlussfolgerungen
und Ausblick
In diesem Artikel schlagen wir vor, bestehende
MSK-Module mit Hilfe von Methoden
aus der Entscheidungstheorie als
Wertfunktionen darzustellen und neue
Module in diesem Formalismus zu entwickeln.
Dies erweitert den Anwendungsbereich
des MSK: Fliessgewässer können
integrativ bewertet werden, und durch die
Einbettung des MSK in ein übergeordnetes
Konzept für multikriterielle Entscheidungsunterstützung
im Wassermanagement
können Entscheidungen über Flussmanagementoptionen
unterstützt werden
(Reichert et al., 2011). Dass eine solche
Umformulierung relativ einfach möglich
ist zeigt die grundsätzliche Kompatibilität
der bisher im MSK entwickelten Methoden
mit den vorgeschlagenen übergeordneten
Konzepten. Zusätzlich zum bisherigen
Nutzen des MSK sehen wir durch diesen
Vorschlag die folgenden Vorteile (siehe
auch Kapitel 6):
Flexibilität bzgl. Attributen und Zielen:
Das Konzept der notwendigen und
freiwilligen Unterziele/Attribute erlaubt
es unter anderem, der vorgeschlagenen
Zielhierarchie neue Unterziele/
Attribute hinzuzufügen. Dies hat zum
Vorteil, dass MSK-Module, welche in
Bearbeitung sind, sowie zukünftige Module
(z.B. zur Sedimentproblematik
oder genetische Methoden in der Biologie)
jederzeit integriert werden können,
oder dass Ziele mittels unterschiedlicher
Attribute bewertet werden
können (Bsp. Makrozoobenthos).
Zudem können die Kantone, je nach
möglichem Erhebungsaufwand, ihre
Standardattribute aus den MSK-Modulen
mit zusätzlichen Daten ergänzen.
Wird die Zielhierarchie durch zusätzliche
Unterziele und assoziierte
Attribute ergänzt, muss bei der Aggregation
der erhobenen Werte darauf geachtet
werden, dass die Gewichtung
der einzelnen Attribute dementsprechend
angepasst wird.
Die MSK-Bewertungen basieren auf
einer fixen Anzahl Attribute. Zusätzlich
vorhandene Daten bleiben daher ungenutzt,
was den Grundsätzen einer
guten Beurteilungsmethodik widerspricht.
Die Festlegung der fixen Attribute
kann zudem die Entwicklung
eines Moduls verzögern und hemmt
die Verwendung (unterschiedlicher)
historischer Daten.
Flexibilität bzgl. Aggregierung: Die
Bewertungen einzelner Ziele aus den
MSK-Modulen können interessenspezifisch
auf verschiedenen Ebenen
integriert und kommuniziert werden:
das Interesse an stark integrierten
Beurteilungen kann dadurch ebenso
befriedigt werden wie das Bedürfnis,
diese Integration aufzulösen und die
Einzelbeurteilungen beispielsweise für
die Defizitanalyse nutzen zu können.
Die MSK-Synthese schlägt derzeit ein
Vorgehen zur Aggregierung von biologischen
und abiotischen Modulen vor,
jedoch keine Gesamtaggregation zu
einem integrativen Wert.
Realitätsnahe Aggregierung: Die Anwendung
von verschiedenen Aggregationstechniken
inklusive der gemischten
Aggregation auf verschiedenen
Ebenen der Zielhierarchie er-
212 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

laubt eine Integration der Ziele aus den
einzelnen MSK-Modulen. Verschiedene
Experten bevorzugen auf einer
höheren hierarchischen Ebene die gemischte
Aggregation, um ihre Präferenzen
abzubilden.
In den meisten bisherigen MSK-Modulen
sowie der MSK-Synthese wurde
additiv oder mittels worst-case aggregiert.
Eine Ausnahme bildet das Modul
«Hydrologie», wo unter anderem eine
Kombination der beiden in der Gesamt -
aggregation angewendet wird.
Kontinuierliche Werteskala von 0–1:
Alle Bewertungen werden mit derselben,
kontinuierlichen Wertskala zwischen
0 und 1 gemacht. Bewertungen
auf allen Ebenen werden so vergleichbar
und können einfacher aggregiert
werden. Die Ableitung von Zustandsklassen
ist trotzdem jederzeit möglich.
Da aber jedes Ziel einen kontinuierlich
berechneten Wert erhält kann unterschieden
werden, ob ein Ziel gerade
noch in der schlechteren Klasse oder
knapp in der besseren Klasse ist. Die
kontinuierliche Bewertung erleichtert
auch die Unsicherheitsanalyse. Die
Unsicherheit der Attributwerte kann
mit konventionellen Methoden auf die
Unsicherheit der Bewertung propagiert
werden.
Die Bewertungen im MSK beruhen alle
auf verschiedenen Bewertungssystemen
und sind daher zwischen den
Modulen nicht direkt vergleichbar.
Endbewertungen liegen nur in der
Form von diskreten Qualitätsklassen
vor. Durch die Aggregation solcher
Klassenwerte können sich Unsicherheiten
akkumulieren.
Integrative Bewertung von Massnahmen:
Die vorgeschlagene Verwendung
der umformulierten MSK-Bewertungen
in Wertfunktionen ermöglicht
nicht nur eine integrative Flussbewertung,
sondern erlaubt auch eine
integrative Entscheidungsunterstützung
über vorgeschlagene Massnahmen
im Rahmen eines multikriteriellen
Wassermanagements (MCWM, Reichert
et al., 2011). Dazu wird der Nachher-Zustand
der Attribute aus den
MSK-Modulen für verschiedene vorgeschlagene
Massnahmen von Experten
prognostiziert oder durch mathematische
Modelle simuliert. Der
Vergleich der sich daraus ergebenden
Bewertungen der Massnahmen ermöglicht
deren Priorisierung. Es können
sektorielle oder sektorübergreifende
Massnahmen bewertet werden.
Einheitliches Konzept für Bewertung
und Management: Die Anwendung
des MCWM bei Flussbewertungen
sowie Revitalisierungsmassnahmen
(oder anderen Managementoptionen)
erleichtert die Kommunikation und
fördert, bei guter Einführung des Konzepts,
die Transparenz solcher Projekte.
MSK-Module sind wichtige Vollzugshilfen
für die Fliessgewässerbewertung
in den Kantonen. Unsere Vorschläge
bauen auf diesen Modulen
auf, vereinheitlichen deren Darstellung
und erweitern sie um wesentliche
Schritte, insbesondere um die integrative
Bewertung und die verstärkte Verwendung
im Flussmanagement.
Begleitende wissenschaftliche Publikationen:
Publikationen würden den
internationalen Austausch im aktiven
Gebiet der ökologischen Zustandsbewertung
und die Transparenz über
die gewählten Verfahren fördern sowie
die Weiterentwicklung der Module erleichtern.
Im MSK wurden bisher kaum wissenschaftliche
Artikel, begleitend zu den
Modulen, publiziert. Die Begründungen
zur Wahl der Verfahren sind daher nicht
immer zugänglich.
Die hier vorgeschlagene Kombination
des MSK mit Methoden aus der Entscheidungstheorie
wird zurzeit in mehreren
Projekten der Eawag angewendet und
evaluiert sowie mit Vertretern des BAFU
und der Kantone in verschiedenen Arbeitsgruppen
diskutiert. Mit diesem Artikel
möchten wir diese Diskussion über die
Arbeitsgruppen hinaus stimulieren und
Rückmeldungen in die Verbesserung der
Konzepte sowie der Praxistauglichkeit einfliessen
lassen.
Verdankung
Wir bedanken uns herzlich bei Hansruedi
Siegrist, Christian Stamm und Jörg Rieckermann
für die Bereitstellung der Minimal- und
Maximalwerte der für die Module «chemischphysikalische
Erhebungen, Nährstoffe». Die
vorliegende Arbeit profitierte von vielen Diskussionen
und Erfahrungen aus Projekten mit
vielen Partnern aus Wissenschaft und Praxis
und von Diskussionen über eine theoretische
Fundierung der Entscheidungsunterstützung
an der Eawag. Insbesondere möchten wir uns
bei Susanne Haertel-Borer, Janet Hering, Bernd
Klauer, Martin Pfaundler, Jacqueline Schlosser,
Nele Schuwirth, Steffen Schweizer, Ueli Sieber,
Christian Stamm und Stefan Vollenweider für
das Gegenlesen und Kommentieren früherer
Entwürfe dieses Artikels bedanken.
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Pfaundler, M., Dübendorfer, C., Zysset, A.
(2011): Methoden zur Untersuchung und Beurteilung
der Fliessgewässer. Hydrologie – Ab-
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S., Sporri, C., Tockner, K., Truffer, B. (2007):
Concepts of decision support for river rehabilitation.
Environmental Modelling & Software 22:
188–201.
Reichert, P., Schuwirth, N., Langhans, S.D.
(2011): MCWM ein Konzept für multikriterielle
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Leitbild für die integrale Bewirtschaftung
des Wassers in der Schweiz. Leitbild.
18 S.
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Integrales Flussgebietsmanagement/
Gestion intégrale de l’espace fluvial
«Teil 1»
Dieses multidisziplinäre Forschungsprojekt
wurde 2007 im Anschluss an das
Rhone-Thur-Projekt lanciert. Es setzt auf
Synergien flussbautechnischer, ökologischer
und soziokultureller Aspekte, um
den vorhandenen Defiziten in Fliessgewässern
entgegenzuwirken. Dabei untersuchten
Wasserbauer die Strömungs-
und Habitatsvielfalt der Fliessgewässer,
um konstruktive Lösungen für den Hochwasserschutz
zu finden. Gleichzeitig erforschten
Ökologinnen und Ökologen die
Habitats- und Artenvielfalt sowie die ökologische
Vernetzung der Fliessgewässer
und ihrer angrenzenden terrestrischen
Lebensräume. Ziel ist es, dynamische und
vernetzte Lebensräume zu fördern. Dazu
braucht es innovative Konzepte in der
Umsetzung flussbaulicher Massnahmen,
welche die Ansprüche des Hochwasserschutzes
erfüllen und die biologische Vielfalt
in den Gewässern erhöhen.
Erste Resultate des Projektes wurden
anlässlich der Tagung Flussrevitalisierungen:
«Synergien zwischen Hochwasserschutz
und Ökologie» am 25. November
2010 in Bern präsentiert. In der
vorliegenden Artikelserie werden die für
die Praxis relevanten Schlussresultate in
zwei Teilen mit insgesamt sechs Beiträgen
vorgestellt. Im Weiteren werden voraussichtlich
im Frühsommer 2012 Merkblätter
des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) zu
folgenden Themen erscheinen: Dynamik,
Habitats- und Biodiversität, hydro-mor-
phologische Vielfältigkeit bei flussbaulichen
Projekten, Vernetzung, Seiteneinmündungen,
Blockrampen, Fliessgewässermodellierung
sowie Erfolgskontrollen.
Das Projekt wurde gemeinsam von
Eawag, LCH-EPFL, VAW-ETHZ und WSL
erarbeitet und vom Bundesamt für Umwelt
(BAFU) begleitet sowie finanziell unterstützt.
Weitere Partner waren Kantone,
Universitäten und Fachhochschulen.
Nähere Informationen befinden
sich auf «www.rivermanagement.ch»
Die Teilprojektleiter: Roland Fäh
(VAW-ETHZ), Armin Peter (Eawag), Christoph
Scheidegger (WSL) und Anton
Schleiss (LCH-EPFL).
Ce projet multidisciplinaire a été lancé
en 2007 à la suite du projet Rhône-Thur
et mise sur les synergies entre les trois
pôles suivants: écologie, construction
hydraulique et enjeux socioculturels. Le
but de cette approche est de remédier
aux déficits actuellement encourus par les
cours d’eau. La partie ingénierie modélise
les contraintes hydrauliques, afin de trouver
des solutions applicables à la protection
contre les crues. La partie écologie fait
état de la biodiversité des cours d’eau
et des habitats riverains, ainsi que de
l’interconnexion écologique. L’objectif
final est la création d’habitats dynamiques
et interconnectés en développant des
nouveaux concepts lors de la construction
d’aménagements fluviaux afin de satisfaire
en même temps la protection contre les
crues et l’augmentation de la biodiversité
dans les cours d’eau.
Les premiers résultats du projet
ont été présentés lors du symposium
Revitalisation des cours d’eau: synergies
entre protection contre les crues et écologie
le 25 novembre 2010 à Berne. Dans une
série de 6 articles en deux parts, les résultats
les plus importants et pertinents pour la
pratique sont présentés. De plus, des fiches
de recommandations seront publiées,
probablement début été en 2012, par
l’Office fédérale de l’environnement sur les
thèmes dynamique, habitat et biodiversité,
diversité hydraulique-morphologique dans
le cadre des projets d’aménagements de
cours d’eau, connectivité, confluences,
rampes en bloc, modélisation des réseaux
fluviales, ainsi la vérification du succès de
mesures.
Le projet a été élaboré par les
partenaires suivants: l’Eawag, le LCH-
EPFL, le VAW-ETHZ et le WSL. Il a été
suivi et soutenu financièrement par l’Office
fédérale pour l’environnement (OFEV).
Les cantons, les universités et les hautes
écoles spécialisés ont également participé
au projet.
Pour de plus amples informations,
voir le site «www.rivermanagement.ch»
Directeurs des sous-projets:
Roland Fäh (VAW-ETHZ), Armin Peter
(Eawag), Christoph Scheidegger (WSL) et
Anton Schleiss (LCH-EPFL).
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 215
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Erhaltung und Förderung der Biodiversität
von Fliessgewässern
Maria Alp, Theresa Karpati, Silke Werth, Walter Gostner, Christoph Scheidegger, Armin Peter
Zusammenfassung
Biodiversität ist eine grundlegende Eigenschaft natürlicher Ökosysteme, die durch
zunehmende menschliche Eingriffe in den letzten Jahrhunderten stark bedroht ist.
Der komplexe Begriff Biodiversität umfasst die Vielfalt an Lebensräumen und Arten
mit ihren ökologischen Funktionen und Interaktionen und ihrer genetischen Vielfalt.
All diese Aspekte sind eng miteinander verknüpft, und ein sachkundiges Wissen über
diese Zusammenhänge ist eine wichtige Voraussetzung für die effiziente Planung von
Massnahmen zur Erhaltung und zur Förderung der Biodiversität.
Dieser Artikel erläutert wichtige Aspekte der Biodiversität in Fliessgewässern. Unter
anderem werden Ergebnisse von vier ausgewählten Studien vorgestellt, die sich im
Rahmen des Projekts «Integrales Flussgebietsmanagement» mit verschiedenen Aspekten
der Biodiversität befasst haben. Wie hängt die Vielfalt aquatischer Organismen
mit der Flussmorphologie zusammen? Wie können die Ansprüche verschiedener Lebensphasen
bei aquatischen Organismen berücksichtigt werden? Welche Faktoren
beeinflussen die genetische Vielfalt der Populationen? Wie beeinflusst die Flussdynamik
die Lebensräume und somit das Vorkommen von flussbegleitenden Arten?
Diese und andere Fragen werden im folgenden Artikel angegangen.
1. Was macht die
Biodiversität aus?
Definiert nach der Biodiversitäts-Konvention
(2005) bezeichnet der Begriff Biodiversität
die Vielfalt an Ökosystemen und
Arten mit ihren ökologischen Funktionen
und Interaktionen sowie ihrer genetischen
Vielfalt.
Ein Ökosystem (beispielsweise
ein Fluss) umfasst einen Lebensraum mit
einer bestimmten Artengemeinschaft in
einem räumlich abgegrenzten Ausschnitt
der Biosphäre. Jede Art hat im Ökosystem
ihren spezifischen Lebensraum, das Habitat.
Habitate bieten den Arten Nahrung
und Schutz und ermöglichen den Ablauf
des gesamten Lebenszyklus. Ausserdem
ist jede Art in ihrem Habitat auch Interaktionen
mit anderen Arten wie zum Beispiel
Konkurrenz oder Räuber-Beute-Beziehungen
ausgesetzt. Die Bedürfnisse jeder
Art bezüglich Grösse und Typ des Habitats
sind unterschiedlich und können je nach
Lebensabschnitt variieren.
Nicht nur die Vielfalt an Arten und
Lebensräumen, sondern auch die Vielfalt
an Funktionen, die ein Ökosystem erfüllt,
machen einen bedeutenden Teil der Biodiversität
aus. Bei Fliessgewässern inter-
agieren geomorphologische und hydrologische
Prozesse eng mit der Fluss- und
Uferbiota (Brierley & Fryirs, 2008). Die Aufnahme
und die Abgabe von Kohlendioxid,
Sauerstoff und anderen Nährstoffen, der
Abbau von organischem Material oder die
Primärproduktion sind nur wenige Beispiele
vieler solcher Funktionen. Jede einzelne
Art ist durch ihre Lebensfunktionen in
einer Reihe solche Prozesse beteiligt und
kann dabei sogar eine Schlüsselrolle übernehmen
(Lawton, 1994).
Die genetische Vielfalt ist wichtig,
um das Überleben einzelner Arten zu ermöglichen.
Wenn sich die Umweltbedingungen
ändern, beispielsweise bei einer
Klimaerwärmung, überleben nur Individuen
einer Art, welche die genetische Anlage
haben, den sich ändernden Umwelteinflüssen
(wie Temperaturanstieg oder
Einwanderung neuer Arten) anzupassen.
Eine hohe genetische Vielfalt kann die
Überlebenswahrscheinlichkeiten von Populationen
günstig beeinflussen. Umgekehrt
kann der Verlust der genetischen
Vielfalt einer Art auch deren Anpassungsfähigkeit
an sich verändernde Umweltfaktoren
reduzieren (Frankham et al., 2010).
Die genetische Vielfalt ist somit eine der
Grundvoraussetzungen für die Erhaltung
der Biodiversität unter sich verändernden
Umweltbedingungen.
2. Die Rolle der Vielfalt,
Dynamik und Vernetzung der
Habitate in Fliessgewässern
In Fliessgewässern sind die Vielfalt, Grösse,
funktionelle Vernetzung und Dynamik der
Habitate wichtige Voraussetzungen für
eine hohe Biodiversität. Die Vielfalt der
Habitate wird durch eine Reihe abiotischer
Umweltfaktoren charakterisiert. In einem
natürlichen Flusslauf sind dies vor allem
die Morphologie und die Geologie des
Flussgebiets sowie die chemische Zusammensetzung
von Boden und Wasser, die
ihrerseits durch die Geologie beeinflusst
sind. Auch dynamische Faktoren wie saisonale
Schwankungen der Niederschläge,
des Abflusses, der Temperatur oder der
Einstrahlung sind wichtige Charakteristika
der Habitate. Die räumliche und zeitliche
Verteilung des Niederschlags bedingt
nicht nur das Abflussregime in einem
Fliessgewässer, sondern auch die Höhe
und Vielfalt der Ufervegetation. Temperatur-
und Einstrahlungsverlauf (Tages- und
Jahreswerte) bestimmen Wachstum, Aktivität
und Lebensdauer aquatischer und
terrestrischer Arten. Die für Fliessgewässer
wichtige Vernetzung der Habitate führt
dazu, dass sich unterschiedliche Flussabschnitte
sowie terrestrische und aquatische
Habitate gegenseitig beeinflussen.
Die genannten Aspekte der Habitatvielfalt
sind wichtig, um das Vorkommen fliessgewässerspezifischer
Arten und damit ihre
Funktion im Ökosystem Fliessgewässer
zu erhalten (Rohde, 2005; Bild 1).
3. Auswirkung flussbaulicher
Eingriffe auf die Lebensräume
In verbauten und von Menschen genutzten
Flüssen sind viele Umweltfaktoren verändert,
was einschneidende Auswirkungen
auf die Habitat- und Artenvielfalt nach
sich zieht. Zu den stärksten Beeinträch-
216 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Ein Ökosystem mit sehr hoher Biodiversität:
Flussaue mit natürlicher
Abflussdynamik
Dynamische Fliessgewässer mit natürlichen
Altarmen und intakter Quervernetzung
mit Auen weisen eine sehr hohe
Habitatvielfalt auf (Bild 1). Durch bettbildende
Hochwasserereignisse kann ein
natürliches Fliessgewässer seinen Lauf
immer wieder verlagern und so neue
Lebensräume für aquatische und terrestrische
Organismen mit unterschiedlichsten
Ansprüchen schaffen. Der
Hauptarm bildet das Habitat für adulte
Fische, strömungsliebende Jungfische
und viele Wirbellose. In Seitenarmen mit
tiefen Fliessgeschwindigkeiten finden
Wasservögel und Jungfische Nahrung
und Schutz. Regelmässige Überflutungen
der Uferzone und Kiesbänke liefern
neue Nährstoffe, führen aber auch zu
geringeren Vegetationsdichten in diesen
Habitaten. Die Kiesbänke bieten so ein
optimales Habitat für viele gefährdete
Insekten- oder Pionierpflanzenarten (z.B.
Kiesbank-Grashüpfer und Deutsche Tamariske),
die auf offene Kiesbänke mit
wenig Vegetation angewiesen sind. Sie
sind auch wichtig als Bruthabitate für
schotterbrütende Vogelarten (z.B. Flussregenpfeifer).
In periodisch überfluteten
Tümpeln leben und laichen viele Amphibienarten
(z.B. Gelbbauchunke, Laubfrosch,
Alpenkammmolch). In der Weichholzaue
wachsen strauch- bis baumhohe
Weidengewächse und Schwarzpappeln,
auf die einige seltene Schmetterlingsarten,
wie der Kleine Schillerfalter, angewiesen
sind. Die Hartholzaue, die seltener
überflutet wird, beherbergt Baumarten
wie Stieleiche, Bergulme und Esche
sowie viele Vögel (Kuckuck, Gelbspötter,
Baumfalke).
tigungen zählen die Begradigung von
Flussabschnitten, die Kanalisierung von
Flüssen, die Verbauung der Uferzone und
der Sohle, die Veränderung des hydrologischen
Regimes durch Wasserkraftwerke,
die Fragmentierung des Fliessgewässers
durch Abstürze und Stauungen,
sowie der Kiesabbau (Naiman, Decamps
& McClain, 2005).
Flussbegradigungen führen zu
einer dramatischen Reduktion der Wassertiefenvariabilität
und somit auch zu einer
starken Veränderung der hydraulischen
Verhältnisse im Flussprofil. Flussstrecken
mit vielfältigen Fliessgeschwindigkeiten
– eine Grundvoraussetzung für das Vor-
kommen von Arten mit unterschiedlichen
Habitatansprüchen – sind monotonen, kanalisierten
Strecken gewichen, die nur für
Arten geeignet sind, die mit schnellen Strömungsverhältnissen
auskommen.
Die Abholzung der Ufervegetation
eliminiert den Laubeintrag, der die Nahrungsbasis
für viele aquatische Wirbellose
liefert. Die Abholzung ist oft auch Ursache
für unerwünschten Sedimenteintrag vom
Ufer und den umliegenden Bereichen.
Das Fehlen natürlicher Vegetation und Beschattung
beeinflusst die Wassertemperatur
und somit auch den Sauerstoffgehalt
des Wassers, besonders in kleinen, normalerweise
bewaldeten Bächen.
Auch Änderungen des hydrologischen
Regimes haben gravierende
Auswirkungen auf die aquatischen und
terres trischen Lebensräume der Fliessgewässer.
In Restwasserstrecken und unterhalb
von Staudämmen ist der Abfluss
oftmals stark reduziert und die natürliche
Hochwasserdynamik unterbrochen. Dies
führt zum Verschwinden vieler Habitate, so
etwa von Kiesbänken mit verschiedenen
Sukzessionsstadien der Vegetation, die
auf regelmässige, bettumlagernde Hochwasser
zwingend angewiesen sind.
Zudem sind viele Schweizer Flüsse durch
unnatürliche, tägliche und oft sehr starke
Abflussschwankungen (Schwall-Sunk)
beeinträchtigt, die durch den Betrieb von
Wasserkraftwerken verursacht werden.
Beim Schwall, dem schnellen Anstieg
des Abflusses, kommt es zum Wegspülen
(sogenannte Katastrophendrift) von
aquatischen Wirbellosen und Jungfischen
(Moog, 1993). Bei Sunk, dem raschen Absinken
des Abflusses, kommt es hingegen
zum Stranden von aquatischen Organis-
men (Salveit et al., 2001). Solche vom Menschen
verursachte Veränderungen des
hydrologischen Regimes beeinträchtigen
auch die Fortpflanzung und somit die Erhaltung
vieler aquatischer Arten massiv.
4. Welche Biodiversität ist
erstrebenswert bei Revitalisierungsprojekten?
Bei Revitalisierungen geht es nicht primär
darum, hohe Artenzahlen zu erzielen, sondern
vielmehr, ökologische Funktionen
der Gewässer wiederherzustellen und
eine Wiederbesiedlung ehemals monotoner
Flussabschnitte durch die charakteristischen
Arten der Fliessgewässer zu
ermöglichen. Unter diesen Zielarten befinden
sich hoch spezialisierte und seltene
Arten mit unterschiedlichsten Habitatansprüchen.
Viele dieser Arten erfüllen wichtige
ökologische Schlüsselfunktionen (z.B.
der landschaftsgestaltende Biber, die kiesbankbefestigende
Tamariske oder aquatische
Insekten, von denen sich Fische und
terrestrische Räuber ernähren).
Um den Einfluss einer Reihe von
Habitatfaktoren auf einzelne Arten sowie
auf ganze Lebensgemeinschaften und
somit auch auf die Biodiversität allgemein
zu erläutern, werden hier vier Fallstudien
aus dem Projekt «Integrales Flussgebietsmanagement»
präsentiert.
5. Fallstudie 1: Wie hängt die
Vielfalt des Makrozoobenthos
mit der Flussmorphologie
zusammen?
Die Habitatvielfalt gilt als eine der wichtigsten
Voraussetzungen für die Entwicklung
und Erhaltung artenreicher Lebensgemeinschaften
(Jungwirth et al., 2003).
Bild 1. Vielfalt der Lebensräume und Überschwemmungsdynamik einer natürlichen
Flussaue.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 217
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Bild 2. Ausgewählte abiotische Indikatoren zum Flusszustand (a) nach Woolsey et al. (2005) und die Artenvielfalt des Makrozoobenthos
(b) an der Bünz (AG) und Sense (BE/FR). Die Skala reicht von 0 bis 1, wobei 1 für die abiotischen Indikatoren ein natürliches
Flusssystem bezeichnet (oben) und für das Makrozoobenthos die höchstmög liche Diversität anzeigt.
Bild 3a. Lebenszyklus einer Eintagsfliege
gemäss Studemann et al. (1992).
Bild 3b. Eiablage von Eintagsfliegen der Familie Baetidae gemäss Encalada & Peckarsky
(2007). Nach dem Landen auf einem aus dem Wasser herausragendem Stein kriechen
die Weibchen unter Wasser und heften ihre Eimassen auf der Steinunterseite an.
218 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Viele Flussrevitalisierungen wurden bis
heute unter der Annahme durchgeführt,
dass die Wiederherstellung einer heterogenen,
naturnahen Flussmorphologie zu
einem besseren ökologischen Zustand
mit reicheren Lebensgemeinschaften führt
(Palmer et al., 2010). Um den Zusammenhang
zwischen morphologischer Vielfalt
und Artenvielfalt zu untersuchen, wurden
in den Jahren 2008–2009 zwei Fallstudien
durchgeführt (Herzog, 2010, Staeheli,
2008). Dafür wurden zwei Schweizer
Flüsse (Bünz und Sense) ausgewählt, die
Abschnitte mit sehr unterschiedlicher Morphologie
aufweisen.
Die Bünz (AG) ist ein Mittellandfluss,
der durch eine landwirtschaftlich
stark genutzte Gegend fliesst und vor
etwa 100 Jahren zu einem grossen Teil
begradigt und kanalisiert wurde (Burger,
2007). Nur noch wenige Strecken haben
eine naturnahe Morphologie beibehalten.
Dafür weist die Bünz bei Möriken eine
breite, durch Kiesbänke geprägte Aue
von nationaler Bedeutung auf, die infolge
eines 100-jährigen Hochwassers natürlich
entstanden ist. Im Oberlauf der Bünz
sind in den letzten Jahren durch mehrere
Flussrevitalisierungen weitere morphologisch
vielfältige Strecken entstanden. Die
Sense (BE/FR) hingegen ist ein voralpiner
Fluss, dessen natürliche Morphologie im
ganzen Oberlauf erhalten ist. Nur im Unterlauf
wurde das Flussufer bei Mittelhäusern
durch Blockwürfe befestigt, und unterhalb
von Thörishaus ist der Flusslauf begradigt
worden. In vier bis fünf Abschnitten beider
Flüsse wurde neben der Morphologie die
Artenvielfalt vom Makrozoobenthos untersucht.
Um den morphologischen Zustand
jeder Strecke zu charakterisieren,
wurden folgende Standardindikatoren
aus dem Handbuch für Erfolgskontrolle
verwendet (Woolsey et al., 2005): Wasserspiegelbreitenvariabilität
(Indikator
14), Korngrössenverteilung des Substrats
Makrozoobenthos
Sammelbezeichnung für Tiere, die den
Gewässerboden bewohnen und zumindest
in einem Lebensstadium mit
freiem Auge sichtbar sind (nach Jungwirth
et al., 2003).
Wegen ihrer Empfindlichkeit gegenüber
vielen anthropogenen Stressoren
(Versauerung, organische Belastung,
Schwallereignisse) und ihrer einfachen
Beprobung werden die Arten des Makrozoobenthos
oft als Bioindikatoren
für Bewertung der Gewässergüte verwendet
(Jungwirth et al., 2003).
(Indikator 35), Sohlenstruktur (Indikator
36), Verbauungsgrad und -art der Sohle
(Indikator 37), Breite und Beschaffenheit
des Uferbereichs (Indikator 42). Für die
Bewertung der Vielfalt des Makrozoobenthos
wurde der Simpson-Index, ein Standardindex
für Diversität, kalkuliert.
In Bezug auf alle morphologischen
Indikatoren (ausser Indikator 37 an der
Sense) gab es beträchtliche Unterschiede
zwischen den morphologisch vielfältigen
und monotonen Abschnitten (Bild 2a). Es
konnte jedoch kein Zusammenhang der
Artenvielfalt des Makrozoobenthos mit
der Flussmorphologie gezeigt werden
(Bild 2b). So war zum Beispiel die Diversität
des Makrozoobenthos in der kanalisierten
Strecke in der Bünz vergleichbar
mit jener in der Aue bei Möriken.
Solche Diskrepanzen zwischen
morphologischer Vielfalt und Artenvielfalt
wurden schon in anderen Studien gezeigt
(Palmer 2010, Jaehnig et al., 2010).
Die Ergebnisse lassen jedoch nicht die
Schlussfolgerung zu, dass Revitalisierungen
im Sinne von Wiederherstellung
morphologischer Diversität der Erhöhung
lokaler Artenvielfalt nicht dienen. Vielmehr
Bild 4a. Backstein-Experiment in der Bünz.
deuten sie darauf hin, dass noch weitere
Faktoren eine wichtige Rolle spielen und in
die Studien und Massnahmenplanung miteinbezogen
werden sollen (Palmer, 2010).
Diese Faktoren können positive Auswirkungen
der morphologischen Verbesserungen
auf aquatische Arten überlagern. In
den beiden vorgestellten Fallstudien gibt
es Anzeichen für solche überlagernden
Effekte. In der Bünz könnten Wasserqualität
und künstliche Abflussschwankungen
die ausschlaggebende Rolle spielen. Seit
Jahrzehnten wurde der Fluss durch intensive
Landwirtschaft, Einleitung von Abwässern
durch mehrere Abwasserreinigungsanglagen,
chemische Industrie und
dichte Besiedlung belastet (Burger, 2007).
Diese Belastung ist erst kürzlich etwas
zurückgegangen. Zusätzlich sind die untersten
drei Strecken (Bild 2 kanalisiert,
naturnah und Bünzaue) von einer kleinen
Wasserkraftanlage in Dottikon (Tieffuhrtmühle)
beeinflusst. Es ist bekannt,
dass das Makrozoobenthos empfindlich
gegenüber Veränderungen von Wasserqualität
und hydrologischem Regime ist
(Jungwirth, 2003). Somit könnten Defizite
in diesen Lebensraumfaktoren die Ursa-
Bild 4b. Eimassen von (Hydropsyche spp.), einer weitverbreiteten Köcherfliege.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 219
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
che für die Ähnlichkeit in der Vielfalt des
Makrozoobenthos trotz beträchtlichen
morphologischen Unterschieden zwischen
den Strecken an der Bünz sein. Im
Vergleich zur Bünz ist die Belastung der
Sense durch Landwirtschaft, Siedlungen
und Abwassereinleitungen (besonders im
Oberlauf) sehr gering und das Abflussregime
ist natürlich. Auch das Ausmass der
Flussverbauungen im Unterlauf der Sense
ist weniger dramatisch als in der Bünz. So
ist beispielsweise die Sohle immer noch
weitgehend unverbaut (Bild 2a). Der gute
ökologische Zustand der Sense im Oberlauf
könnte eine positive Auswirkung
auf die Artenzahl im verbauten Unterlauf
haben, deren Lage im Flussnetzwerk es
erlaubt, von der passiven Ausbreitung der
Organismen aus den natürlichen Strecken
im Oberlauf zu profitieren.
Schlussfolgerungen:
Eine Wiederherstellung der hydraulisch-
morphologischen Vielfalt kann in Flüssen
mit Belastungen in Bezug auf Wasserqualität
und Hydrologie für die Förderung der
Artenvielfalt nicht ausreichend sein.
Bei der Planung der Revitalisierungsmassnahmen
ist die Lage der Strecke
im Fluss relativ zur Lage von Quellpopulationen
vordergründig zu berücksichtigen.
Strecken unterhalb intakter Flussabschnitte
können positiv beeinflusst werden
und eine ähnlich hohe Biodiversität wie natürliche
Abschnitte aufweisen. Solange die
Beeinträchtigung der Lebensräume nicht
gravierend ist, kann dieser positive Effekt
der Lage im Fluss bestimmte lokale Defizite
kompensieren.
Die benthischen Makroinvertebraten
reagieren nicht gleich auf alle Aspekte
der Flussmorphologie bzw. der Verbauungen.
Der Einbezug weiterer Organismengruppen
(beispielsweise Fische) wäre
hilfreich für ein besseres Verständnis der
Bild 5. Genetische Vielfalt (ausgedrückt als Allelvielfalt) von Populationen des Bachflohkrebses
(Gammarus fossarum) und der Eintagsfliege (Baetis rhodani) an der
Sense in Abhängigkeit von der Lage im Flusssystem (ausgedrückt als Distanz zur
Einmündung in die Saane).
Zusammenhänge zwischen Habitat- und
Artenvielfalt.
6. Fallstudie 2: Unterschiedliche
Lebensphasen –
unterschiedliche Habitate
Zur Aufrechterhaltung der Artenvielfalt in
einem Fluss gilt es zu berücksichtigen,
dass viele Arten im Verlauf ihrer Lebensphasen
unterschiedliche Ansprüche an
ihre Lebensräume stellen. Speziell trifft
das für Organismen mit komplexen Lebenszyklen
zu – wie zum Beispiel Amphibien
und aquatische Insekten, die einen
Teil ihres Lebens im Wasser und einen
Teil in terrestrischen Lebensräumen verbringen.
Bei aquatischen Insekten ist die
geflügelte Adultphase auf dem Land sehr
kurz (Bild 3a) – bei vielen Arten dauert sie
nur wenige Tage oder Stunden. Trotzdem
spielen die Habitatsansprüche adulter Insekten
eine entscheidende Rolle für die
Erhaltung der Populationen, da in dieser
Lebensphase ihre Fortpflanzung stattfindet.
Ein Schlüsselereignis stellt dabei die
Eiablage dar. Viele aquatische Insekten
sind an ihre Lebensräume speziell angepasst
und legen ihre Eier nur auf einem bestimmten
Substrattyp ab (z.B. Holz, Wasserpflanzen
oder Steine; Reich & Downes,
2003). Dabei spielt nicht nur die Verfügbarkeit
dieser Strukturen eine Rolle, sondern
auch ihre Lage über oder unter dem Wasser.
Adulttiere mancher Insektenarten sind
nicht fähig zu tauchen und brauchen aus
dem Wasser herausragenden Substrate
zur Landung (Bild 3b; Peckarsky, Taylor &
Caudill, 2000). Für den Erfolg der Eiablage
und somit für die Reproduktion solcher
Arten spielen der Wasserstand und die lokale
Wassertiefenvariabilität eine wichtige
Rolle.
Um die Auswirkungen von Flussverbauungen
auf die Eiablage von Insekten
zu untersuchen, wurde in zwei Schweizer
Mittellandflüssen, Bünz (AG) und Reppisch
(ZH), im Jahr 2008 ein Experiment
durchgeführt. In beiden Flüssen wurden in
drei Abschnitten mit sehr unterschiedlicher
Morphologie («naturnah», «kanalisiert»
und «kürzlich revitalisiert») Backsteine eingesetzt
(Bild 4a). Diese Backsteine stellten
zusätzliche Substrate für Invertebraten
dar, die ihre Eimassen auf Steinoberflächen
anheften; sie ragten bei den meisten
Abflussverhältnissen aus dem Wasser. Die
Eiablage auf diesen Backsteinen und auf
den natürlich vorhandenen Steinen wurde
über den ganzen Sommer verfolgt. Über
10 verschiedene Insektengattungen (z.B.
Hydropsyche, Hydroptila, Baetis, Bezzia)
und andere Wirbellose (Hundeegel, Mol-
220 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 6. Simulation von Kiesbanküberflutungen bei verschiedenen Abflussverhältnissen
an der Senseaue bei Plaffeien.
lusken, räuberische Plattwürmer) haben
ihre Eimassen an den untergetauchten
Flächen der Steine und Backsteine angeheftet
(Bild 4b).
Die Ergebnisse zeigten, dass eine
geringe Verfügbarkeit von Ablageflächen
(z.B. in der Bünz in tieferen Strecken mit
wenigen grossen Steinen) die Fortpflanzungsmöglichkeiten
für die untersuchten
Eintags- und Köcherfliegenarten stark einschränkte.
Zudem zeigte ein Vergleich zwischen
der Reppisch und der Bünz, dass
auch das Abflussregime, ein regionaler
Faktor, Einfluss auf eine erfolgreiche Eiablage
hatte. In der Bünz, die im Gegensatz
zur Reppisch durch starke Abfluss-
schwankungen charakterisiert ist, beeinflusste
der Anstieg des Wasserstandes
die Eimassendichte aller untersuchten
Arten negativ. Rasche, durch Spülungen
des Staubeckens der Tieffurtmühle verursachte
Erhöhungen des Abflusses könnten
den Eintauchgrad der Steine steigern und
somit ihre Verfügbarkeit für adulte aquatische
Insekten verringern. Abflusserhöhungen
können aber auch als allgemeiner
Stressfaktor (z.B. physischer Stress durch
zu hohe Fliessgeschwindigkeiten) die Eiablage
von allen aquatischen Invertebraten
verhindern. Bei der Reppisch, die von
keinen schwallähnlichen Schwankungen
beeinflusst wird, konnte kein Effekt des
Wasserstandes auf die Eimassendichte
festgestellt werden.
Schlussfolgerung:
Die Verfügbarkeit geeigneter Substrate
für die Eiablage kann für eine Wiederbesiedlung
von Lebensräumen durch aquatische
Insekten sehr wichtig sein. Damit die
erfolgreiche Eiablage und somit auch die
Wiederbesiedlung revitalisierter Strecken
durch aquatische Wirbellose (insbesondere
Insekten) gewährleistet ist, sollten
lokale Faktoren (Zusammensetzung des
Substrates, mittlere Tiefe und Tiefenvariabilität)
und regionale Faktoren (Abflussregime)
berücksichtigt werden. Die Verfügbarkeit
grosser, aus dem Wasser ragender
Steine kann die Eiablage vieler Insektenarten
lokal fördern.
7. Fallstudie 3. Die Rolle der
Ausbreitungskapazität für
genetische Vielfalt
Die genetische Vielfalt von Populationen
hängt mit ihrer Grösse und ihrer Vernetzung
mit anderen Populationen zusammen. Das
Schrumpfen und die Isolierung von Populationen
führen oft zu einer starken genetischen
Verarmung. In einer Studie an der
Sense (BE/FR) wurden genetische Marker
verwendet, um die genetische Vielfalt von
zwei aquatischen Makrozoobenthosarten
mit sehr unterschiedlicher Ausbreitungskapazität
zu untersuchen und zu vergleichen.
Der Bachflohkrebs (Gammarus
fossarum) ist eine Art mit geringerer Ausbreitungsfähigkeit
und hoher Habitatspezialisierung.
Bachflohkrebse können sich
nur im Wasser durch Kriechen oder passive
Drift flussabwärts ausbreiten. In der
Sense wurde diese Art vor allem in Zuflüssen
mit hohem Laubeinfall gefunden. Die
Eintagsfliege Baetis rhodani dagegen hat
eine geflügelte Adultphase, die es ihr erlaubt,
sich auch über Land und über Barrieren
im Fluss auszubreiten. Ausserdem
hat diese Eintagsfliege im Gegensatz zum
Bachflohkrebs keine strenge Habitatsspezialisierung
und kommt in den Zuflüssen
sowie im Mittellauf der Sense vor. Mehrere
Populationen jeder Art wurden im Einzugsgebiet
der Sense beprobt. Mit Hilfe der
Mikrosatellitenanalyse wurden die genetische
Vielfalt und die Differenzierung jeder
Population bestimmt.
Die Ergebnisse zeigten, dass die
genetische Vielfalt des Bachflohkrebses
von der Lage der Population im Flussnetzwerk
abhängig war und sich flussabwärts
erhöhte (Bild 5a). Je näher die Populationen
zur Einmündung der Sense in
die Saane lagen (und damit je höher die
Vernetzung mit anderen Fliessgewässern)
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 221
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
desto höher war die genetische Vielfalt des
Bachflohkrebs. Die Populationen im Oberlauf
der Sense wiesen dagegen eine niedrige
genetische Vielfalt auf (Bild 5a). Dieses
Ergebnis weist darauf hin, dass Bachflohkrebse
sich überwiegend flussabwärts bewegen,
was wahrscheinlich mit einer eher
geringen aktiven Ausbreitungsfähigkeit
zusammenhängt. Die genetisch ver armten
Populationen der Bachflohkrebse in den
Oberläufen sind sehr wahrscheinlich gegenüber
Störungen empfindlicher als Populationen
im Unterlauf.
Für die Eintagsfliege wurde hingegen
keine Abnahme der genetischen
Vielfalt mit der Entfernung zur Flussmündung
gefunden (Bild 5b). Dieses Ergebnis
ist höchstwahrscheinlich durch eine hohe
Ausbreitungsfähigkeit von Baetis rhodani
bedingt, die zu einer hohen genetischen
Austauschrate zwischen Populationen
und gleichmässig ausgeprägter hoher genetischen
Vielfalt führt.
Schlussfolgerung:
Bei Arten mit schwacher Ausbreitungsfähigkeit
ist die Lage der Populationen im
Flussnetzwerk für ihre genetische Vielfalt
und somit für die Resistenz gegenüber
Störungen ausschlaggebend. Lebensräume
flussabwärts von grossen Populationen
haben somit die höchste Wahrscheinlichkeit,
von diesen Arten besiedelt
zu werden und stabile, adaptationsfähige
Populationen zu erhalten.
8. Fallstudie 4: Welche Rolle
spielen Flussdynamik und
Geschiebetransport für die
Tamariske?
Eine wichtige Eigenschaft der Flusslebensräume
ist ihre Dynamik. Saisonale
Schwankungen des Abflusses, des Geschiebetransports
und der Wassertemperatur
sind typisch für naturnahe Flüsse. Die
natürliche Flussdynamik ist entscheidend
für die Erhaltung und Förderung verschiedener
Lebensräume und deren Vernetzung.
Für terrestrische, flussbegleitende
Arten ist zum Beispiel die Wiederkehrzeit
der Hochwasser massgeblich. Die Wiederkehrzeit
der grossen, kiesbankumlagernden
Hochwasser bestimmt das
Sukzessionsstadium der Vegetation von
Kiesbänken und Auenbereichen. Vor allem
konkurrenzschwache, flussbegleitende
Pflanzenarten benötigen Pionierstandorte
zur Keimung ihrer Samen und zur erfolgreichen
Etablierung von Jungpflanzen.
An der Sense (BE/FR) wurde die
Überschwemmungsdynamik von Kiesbänken
untersucht, um die von der Deutschen
Tamariske (Myricaria germanica) besiedel-
ten Habitate hydrologisch zu charakterisieren
(Gostner et al., 2010). Die Sense im
Untersuchungsabschnitt bei Plaffeien ist
durch eine vollkommen naturbelassene
Morphologie und unbeeinflusste hydrologisches
Regime und Geschiebehaushalt
geprägt. Die relativ zum Hauptarm auf verschiedenen
Höhen gelegenen Kiesbänke
werden mit unterschiedlicher Frequenz
überflutet und weisen unterschiedliche Vegetationstypen
und -dichten auf: (i) Kiesbänke
mit häufiger Überflutungsfrequenz
und spärlichem Bewuchs, (ii) Kiesbänke
mit mittlerer Überflutungsfrequenz und
Vorhandensein von speziellen Arten wie
z.B. der Deutschen Tamariske, (iii) Kiesbänke
mit seltener Überflutungsfrequenz
und einer für Auenwälder typischen Vegetation.
In der folgenden wasserbaulichen
Studie wurde numerische Modellierung
angewendet, um die Wiederkehrdauer
feststellen zu können, mit welcher die einzelnen
Kiesbanktypen überflutet werden.
Durch die Gegenüberstellung der Zeitserien
verschiedener Abflussmessstationen
im Einzugsgebiet und eine daraus abgeleitete
Interpolationsfunktion für den Untersuchungsabschnitt
wurde eine Abflussdauerkurve
konstruiert. Vor Ort wurden die
genaue Geländetopographie unter Einbeziehung
aller Bruchkanten und entlang von
19 Querprofilen die Charakteristiken des
Sohlesubstrates (Pebble-Count-Methode
nach Wolman, 1954) erhoben. Mithilfe des
numerischen Modells FLUMEN (Beffa,
2004) wurde eine zweidimensionale, stationäre
Modellierung unter Annahme einer
fixen Sohle durchgeführt. Für die Eichung
des Models wurden zwei Typen von Daten
verwendet:
Abflusstiefen und -geschwindigkeiten,
welche vor Ort erhoben wurden
Abflusstiefen bei bordvollem Abfluss,
welcher in verzweigten Fliessgewässertypen
mit einer Wiederkehrzeit von
zwei bis sieben Jahren auftritt (Kellerhals
et al., 1972).
Die Ergebnisse zeigten, dass bei
einem Abfluss von 75 m 3 /s, der rechnerisch
einer Wiederkehrdauer von 1.3 Jahren
entspricht, der Grossteil der nackten
oder schwach bewachsenen Kiesbänke
überflutet wird. Die Kiesbänke mit Vorkommen
der Tamariske werden mit einer
Wiederkehrdauer von ca. fünf bis sieben
Jahren überschwemmt (der Abfluss von
195 m 3 /s entspricht einem etwa siebenjährlichen
Hochwasser; Bild 6). Bei diesen
Hochwasserereignissen wird auch der
bordvolle Abfluss erreicht, der zu grossräumigen
Bettumlagerungen führt. Dabei
erfolgt also nicht nur die Überflutung der
Kiesbänke, sondern auch deren Mobilisierung
und Umwälzung, wodurch anschliessend
eine neue Besiedlungsphase beginnen
kann.
Bei den häufiger überschwemmten
Kiesbänken schaffen die jungen Tamariskenpflanzen
es nicht, genügend starke
Wurzeln zu entwickeln, um die Hochwasser
zu überstehen. Sehr selten überflutete,
höher gelegene Kiesbänke bleiben hingegen
über einen langen Zeitraum stabil. Dort
wird die Tamariske im Lauf von wenigen
Jahrzehnten von konkurrenzstärkeren Gehölzarten
verdrängt (Ellenberg, H., 1963).
Schlussfolgerung:
Diese Studie lieferte wichtige Hinweise zur
Rolle der natürlichen Abflussdynamik und
des Geschiebetransports für flussbegleitende,
terrestrische Pflanzenarten. Bleiben
die natürlichen, bettbildenden Prozesse
wie Hochwasser aus – z.B. durch
Aufstauungen oder Wasserentnahmen für
Wasserkraftbetriebe – ist die langfristige
Erhaltung von Populationen der Tamariske
nicht gewährleistet. Eine Verkleinerung der
Habitate mit entscheidender Wiederkehrzeit
von Überflutungen und Umlagerungen
kann somit zu einem Rückgang oder gar
Verschwinden solcher auentypischen
Arten führen.
9. Schlussfolgerungen und
Empfehlungen für die Praxis
Bei der Planung und Realisierung
von Flussrevitalisierungen braucht es
einen weiten Blickwinkel, der über die
lokalen Faktoren wie die Flussmorphologie
hinausgeht. Neben lokalen
sind regionale Faktoren wie das Abflussregime
oder die chemische Belastung
des Flussgebiets für die Lebensräume
bestimmend. Eine funktionelle
Vernetzung zwischen Lebensräumen
ist sehr wichtig, denn sie bestimmt,
ob sich Arten von den Quellpopulationen
her ausbreiten und neue Standorte
in denselben oder angrenzenden
Flusssystemen besiedeln können. Die
Lage eines Flussabschnittes im Gewässernetz
spielt für den Erfolg von
Revitalisierungen und für die Erhaltung
bzw. Wiederherstellung eines
typischen Ökosystems mit vielen hoch
spezialisierten Arten eine entscheidende
Rolle.
Für die unterschiedlichen Lebensphasen
von Arten ist die Verfügbarkeit
und Vernetzung ihrer spezifischen
Habitate entscheidend. Sind die Be -
dingungen für eine erfolgreiche Repro-
222 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

duktion gewährleistet, können die Erfolgschancen
einer Revitalisierung im
Sinne einer ökologischen Verbesserung
stark erhöht werden. So kann
z.B. die Verfügbarkeit grosser, aus
dem Wasser ragender Steine die Eiablage
vieler Wasserwirbellosen in mittelgrossen
Flüssen lokal fördern.
Die Dynamik des Flusses bestimmt
das Geschehen im ganzen Flusslauf.
Eine natürliche Flussdynamik schafft
eine Vielzahl unterschiedlicher Habitate.
Bei einer unnatürlichen (z.B.
Schwall-Sunk) oder einer eingeschränkten
Dynamik (z.B. durch das
Ausbleiben von kiesbankumlagernden,
die Sohle reinigenden Hochwassern)
reichen lokale morphologische
Massnahmen zur Strukturverbesserung
oft nicht aus, um die typische Artenvielfalt
im und am Fluss wiederherzustellen.
Diese stellt sich erst bei einer
naturnahen Dynamik ein.
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Publikation des
Rhone-Thur-Projektes Eawag, WSL, LCH-
EPFL, VAW-ETHZ, 111 S.
Danksagung
Hiermit bedanken wir uns bei Sonia Angelone,
die eine wichtige Rolle beim Koordinieren unserer
Arbeit gespielt hat und mehrere konstruktive
Kommentare zum Manuskript geliefert
hat. Wir danken Tino Stäheli und Claude Herzog
für die Daten zur Habitats und Artenvielfalt an
der Bünz und der Sense und Lukas Indermaur
für die Hilfe beim Auswerten der Ergebnisse
vom Backsteinexperiment. Simone Blaser und
Christa Jolidon waren von einer grossen Hilfe
im Feld. Wir danken Ronny Lange von Patscheider
& Partner für die Hilfe bei der Erstellung der
Graphen und Andrea Encalada für die Erlaubnis,
ihre Abbildung zur Eiablage der Eintagsfliegen
zu verwenden. Irene Keller, Anja Westram und
Christopher T. Robinson haben viel zur Planung,
Durchführung und Auswertung der populationsgenetischen
Studie zu Gammarus fossarum und
Baetis rhodani beigetragen. Lara Pfister hat eine
grosse Hilfe bei den DNA Extraktionen für Gammarus
fossarum und Baetis rhodani geleistet.
Die Proben von Gammarus fossarum und Baetis
rhodani wurden am Genetic Diversity Center
(GDC) der ETH Zürich präpariert und/oder laufen
gelassen. Wir danken Aria Minder und Tania
Torossi für ihre freundliche Unterstützung. Wir
danken BAFU für die Finanzierung des Projektes
«Integrales Flussgebietsmanagement»
und Eawag für die Finanzierung genetischer
Analysen mit Action Field Grant.
Anschrift der Verfasser
Maria Alp 1 , 4 , Theresa Karpati 2 , Silke Werth 2 ,
Walter Gostner 5 , Christoph Scheidegger 2 ,
Armin Peter 3
1
Dept. Aquatische Ökologie, Eawag
CH-8600 Dübendorf, Schweiz.
2
FE Biodiversität und Naturschutzbiologie,
WSL, CH-8903 Birmensdorf, Schweiz.
3 Dept. Fischökologie und Evolution, Eawag,
CH-6047 Kastanienbaum, Schweiz.
4 Institut für Integrative Biologie, ETH Zürich,
CH-8092 Zürich, Schweiz.
5 Laboratoire de constructions hydrauliques,
EPFL ENAC IIC LCH, CH-1015 Lausanne
6 E-mail des korrespondierenden Autors:
armin.peter@eawag.ch
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 223
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Lebensraumverbund Fliessgewässer:
Die Bedeutung der Vernetzung
Silke Werth, Denise Weibel, Maria Alp, Julian Junker, Theresa Karpati, Armin Peter, Christoph Scheidegger
Zusammenfassung
Die funktionelle Vernetzung von Flussgebieten spielt eine wichtige Rolle für aquatische und terrestrische Lebensgemeinschaften. Sie
erlaubt eine Besiedlung der Habitate, den genetischen Austausch zwischen Populationen und führt zu einer zeitlichen Verknüpfung der
Lebensräume zu unterschiedlichen Jahreszeiten, Tageszeiten oder Lebensphasen. Die strukturelle Vernetzung von Lebensräumen kann
mit Erhebungen zur Ökomorphologie des Fliessgewässers und einer Analyse des Vorhandenseins von künstlichen Barrieren erhoben
werden. Der Grad der funktionellen Vernetzung kann mit drei Methoden quantifiziert werden – Fang markierter Individuen, Radiotelemetrie,
oder mit Daten von genetischen Markern. Verschiedene Populationsmodelle beschreiben die Populationsstruktur und den
genetischen Austausch zwischen Populationen am Fliessgewässer. Insbesondere bei Metapopulationen und räumlich strukturierten
Populationen muss darauf geachtet werden, dass die einzelnen Flussabschnitte gut vernetzt sind, denn das Ausbleiben von Ausbreitungsereignissen
würde räumlich fragmentierte Populationen voneinander isolieren und bei Metapopulationen langfristig zum lokalen
Aussterben führen. Bei Arten, die in isolierten Einzelpopulationen vorkommen, ist vornehmlich darauf zu achten, diese Populationen
lokal durch lebensraumverbessernde Massnahmen zu halten und zu fördern. Unsere Flusslandschaften sind weitgehend durch Barrieren
unterbrochen. Es kommt ganz auf die Organismengruppe an, welche Strukturen effektiv als Barrieren fungieren. Künstliche Abstürze
wirken als Barrieren für schwimm- und springschwache Fischarten und für kleine Grössenklassen von Fischen, jedoch nicht notwendigerweise
für aquatische Invertebraten. Künstliche Abstürze können durch den Bau von Blockrampen für die Fischfauna durchgängig
gemacht werden. Auch eine Entfernung von Eindolungen führt zur erhöhten Durchgängigkeit für Fische und andere aquatische Organismen.
Bei Revitalisierungsprojekten ist insbesondere auf die Anbindung der Seiteneinmündungen zu achten, denn diese kann für den
Erfolg von Revitalisierungsmassnahmen für verschiedene Organismengruppen ausschlaggebend sein. Für die Arten der Kiesbänke und
der Auenstandorte ist es entscheidend, dass ihr Raumbedarf bei Revitalisierungsprojekten abgedeckt wird, und dass die revitalisierten
Standorte vernetzt werden. Bei Revitalisierungsprojekten werden gute Erfolge erzielt, wenn die Vernetzung der zu revitalisierenden
Standorte untereinander berücksichtigt wird, sowie deren Vernetzung mit naturnahen Standorten.
1. Was ist Vernetzung?
Flusssysteme bilden Netzwerke, in denen
sich die Flussabschnitte gegenseitig beeinflussen
(Poole, 2010). Kenntnis über die
Vernetzung der Flusssysteme ist eine der
Voraussetzungen, um lokale und regionale
Prozesse verstehen und voraussagen zu
können.
Der Begriff Vernetzung beschreibt
die Austauschprozesse und Interaktionen
zwischen Habitaten; dazu zählen
der Transport von Wasser, Geschiebe,
Bild 1. Schematische
Darstellung
der Vernetzung
in einer Flusslandschaft.
1. Longitudinale
Vernetzung
zwischen Abschnitten
am Hauptfluss
und zwischen
Hauptfluss und
Zuflüssen. 2.
Laterale Vernetzung
zwischen
terrestrischen und
aquatischen Ökosystemen.
3. Vertikale
Vernetzung
des Flusses mit
dem Interstitial,
dem Hohlraumsystem in den vom Fluss abgelagerten Sedimenten dicht unterhalb des
Oberflächenwassers. Nach Malmqvist (2002).
Energie, Nährstoffen, sowie der aktive
oder passive Transport von Organismen
(Woolsey et al., 2005; Kondolf et al., 2006).
Wir verwenden diesen Begriff in Bezug
auf Fliessgewässer hier enger gefasst als
Mass für den Transport bzw. die Wanderungsbewegungen
aquatischer und terrestrischer,
flussbegleitender Organismen.
Die vertikale Vernetzung beschreibt
die Interaktionen zwischen dem
Fluss und dem hyporheischen Interstitial,
der kiesführenden Schicht unterhalb der
Flusssohle (Malmqvist, 2002; Woolsey et
al., 2005; Kondolf et al., 2006; Cote et al.,
2009).
Unter lateraler Vernetzung bzw.
Seitenvernetzung versteht man die Anbindung
eines Fliessgewässers via Ökoton,
der Übergangszone zwischen Ökosystemen,
an seine Auenhabitate und andere
terrestrische Lebensräume (Bild 1). Die
laterale Vernetzung von Flüssen mit dem
Uferbereich und mit terrestrischen Habitaten
spielt eine wichtige Rolle für den Austausch
zwischen diesen Systemen (Baxter
et al., 2005) sowie für einzelne Lebensphasen
bestimmter Organismengruppen (z.B.
Amphibien, aquatische Insekten). Eine Un-
224 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Bild 2. Beispiele für Habitatbeeinträchtigung in Flussökosystemen. A. Die stark verbaute Mündung des Lochrütibachs (Nidwalden)
vor der Revitalisierung: der Bach fliesst über eine steil abfallende, betonierte Sohle in die Engelberger Aa – ein Beispiel für schlechte
Vernetzung. B. Die gut vernetzte Brennoaue bei Loderio (Tessin). Gefangene Fischarten im April 2010: Bachforelle, Groppe, Alet,
Südströmer, Elritze. C. Ein an die Brennoaue angrenzender, kanalisierter Flussabschnitt oberhalb mit den nachgewiesenen
Fischarten Bachforelle und Groppe. Einher mit der Habitatdegradierung durch die Kanalisierung geht ein Verlust von Fischarten.
Fotos: A: Armin Peter, B-C: Denise Weibel.
terbrechung der lateralen Vernetzung hat
insbesondere negative Auswirkungen auf
den Bestand von Fischen und Wirbellosen,
deren Entwicklung vom seichten Flachufer
(Fischlarven) mit grösseren Steinen (Eiablage
von vielen aquatischen Insekten) abhängig
ist (Woolsey et al., 2005; Bright et
al., 2010).
Die longitudinale Vernetzung oder
Längsvernetzung bezeichnet den Austausch
mit den Lebensräumen flussaufwärts
und flussabwärts innerhalb desselben
Einzugsgebiets und zwischen Hauptfluss
und Zuflüssen (Woolsey et al., 2005).
Längsvernetzte Flusssysteme sind durchgängig
für verschiedene Organismengruppen,
ermöglichen die Wanderungsbewegungen
von Tieren wie etwa der Bachforelle
und die Samenausbreitung von Pflanzen.
Die Längsvernetzung von Flusshabitaten
ermöglicht eine Neugründung von Populationen
und genetischen Austausch entlang
von Flüssen, und ist somit entscheidend
für die Populationsentwicklung vieler Organismen.
In Bezug auf die Vernetzung ist es
wichtig, zwischen struktureller und funktioneller
Vernetzung zu differenzieren.
Habitate können rein strukturell miteinander
vernetzt sein, etwa durch Korridore –
Landschaftsstrukturen, die in der Theorie
die Bewegung von Organismen von einem
Habitat zum nächsten ermöglichen sollen.
Die Habitate sind aber erst dann funktionell
vernetzt, wenn diese Korridore tatsächlich
von den Zielorganismen als Migrationsrouten
angenommen werden. Für aquatische
Organismen dient der Fluss selber mit
seinen Haupt-, Neben- und Altarmen als
Korridor, für terrestrische Arten hingegen
die Alluvialzone – die Schwemmebene, in
der Sediment abgelagert wird – sowie die
Auenbereiche. Der Grad der funktionellen
Vernetzung kann dabei in Abhängigkeit
von saisonalen Abflussschwankungen
während des Jahres variieren.
2. Weshalb ist die funktionelle
Vernetzung wichtig?
Die funktionelle Vernetzung von Flussökosystemen
ist für die aquatischen und
terrestrischen Lebewesen und Lebensgemeinschaften
aus mehreren Gründen
entscheidend. Die funktionelle Vernetzung
ist einerseits die Voraussetzung für
die Ausbreitung von Organismen in Flussgebieten.
Besonders wichtig ist die funktionelle
Vernetzung für Organismen mit
schlechtem Ausbreitungspotenzial, wie
aquatische Makroinvertebraten, die keine
geflügelten Imaginalstadien bilden, oder
für den kiesbankbewohnenden, kurzflügeligen
Kiesbankgrashüpfer (Chorthippus
pullus). So ist der Bachflohkrebs (Gammarus
fossarum) auf kleine Seitenzuflüsse mit
viel Laubstreu angewiesen, die jedoch nur
dann besiedelt werden können, wenn sie
mit dem Hauptfluss vernetzt sind. Zum
anderen spielt die funktionelle Vernetzung
eine wichtige Rolle für die Verknüpfung
von Habitaten, die zu unterschiedlichen
Lebensphasen oder Jahreszeiten (bzw.
Tageszeiten) von Organismen gebraucht
werden (siehe Alp et al, diese Ausgabe).
So ist die Durchgängigkeit der
aquatischen Lebensräume für Fische
wichtig, die einen durchgängigen Wanderkorridor
benötigen, weil sich ihre Lebensraumansprüche
im Laufe ihres Lebenszyklus
verändern (Northcote, 1998).
Je nach Altersstadium suchen Fische unterschiedliche
Habitate auf, um geeignete
Nahrungsangebote oder Laichplätze zu
finden. Zudem sind Fische auf kurzfristige
Standortveränderungen angewiesen, um
Schutz vor Fressfeinden und Konkurrenz
zu suchen oder um ungünstigen Umweltbedingungen
wie hohen Temperaturen
ausweichen zu können. Insbesondere an
der Einmündung von Seitenzuflüssen ist
eine intakte Vernetzung von Bedeutung.
Nicht für Fische durchgängige Mündungen
beeinträchtigen die saisonalen Fischwanderungen
zu den flussaufwärts gelegenen
Laichgebieten und verhindern die Besiedlung
der Seitengewässer aus dem Hauptfluss
(Bild 2a).
Die funktionelle Vernetzung liegt
auch dem Konzept der Strahlwirkung zugrunde.
Dieses besagt, dass naturnahe,
ökologisch intakte Flussabschnitte positive
Auswirkungen auf den ökologischen
Zustand angrenzender, strukturell degradierter
Flussabschnitte haben, denn die
ökologisch weniger intakten Abschnitte
können durch Migration von Pflanzen
und Tieren aus dem naturnahen Gewässerabschnitt
(«Strahlursprung») besiedelt
werden (Deutscher Rat für Landespflege,
2008). Ohne funktionelle Vernetzung sind
solche positive Beeinflussungen zwischen
Flussabschnitten nicht möglich.
Viele Arten der Aue haben einen
hohen Raumbedarf, und für die vollständige
Durchführung ihres Lebenszyklus
benötigen sie verschiedene Habitate oft
in räumlicher Nähe, die miteinander vernetzt
sein müssen. Amphibien benötigen
etwa nicht nur Standorte wie Altarme zur
Eiablage und Juvenilentwicklung, sondern
auch solche, wo sie sich ausserhalb der
Reproduktionssaison aufhalten, wie etwa
Hecken und Gebüsche beim Laubfrosch
(Angelone et al., 2010).
Innerhalb von Auen bildet der
Hauptfluss mit zahlreichen Neben- und
Altarmen je nach Abflusssituation ein
Netzwerk mit zeitlicher Dynamik. Eine
Variabilität der Habitatstrukturen kann
zur wiederkehrenden Besiedlung durch
ein breites Artenspektrum führen. Umso
wichtiger ist es, dass Auen als soge-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 225
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
nannte Diversitäts-Hotspots gut mit den
flussauf- und flussabwärtsgelegenen
Gewässerabschnitten vernetzt sind und
als Quellpopulationen funktionieren können.
Kanalisierte Flussabschnitte können
eine partiell durchlässige Barriere («soft
barrier») für aquatische Arten darstellen.
Sind Flussabschnitte durch kanalisierte
Abschnitte isoliert, kann es in den direkt
angrenzenden Abschnitten zu einer abrupten
Verringerung der Artenzahl kommen.
So wurden zum Beispiel in der untersten
Aue des Brenno (Tessin) im April
2010 insgesamt fünf Fischarten gefangen
(Bachforelle, Groppe, Alet, Südströmer,
Elritze). Im monoton verbauten Abschnitt
oberhalb der Aue wurden nur noch gerade
zwei Arten nachgewiesen, nämlich Bachforelle
und Groppe (Bild 2b,c).
3. Laterale Vernetzung: die
trophische Verbindung
zwischen Wasser und Land
Es ist aus vielen Studien bekannt, dass die
Seitenvernetzung von aquatischen Habitaten
mit dem Uferbereich eine wichtige
Rolle für aquatische sowie terrestrische
Organismen spielt und unter anderem trophische
(d.h. Nahrungs-) Zusammenhänge
zwischen verschiedenen Habitaten ermöglicht
(Baxter et al., 2005). Viele Makroinvertebraten
sind für ihre Nahrung auf Laubeinträge
durch die terrestrische Vegetation
angewiesen. So sind etwa ins Wasser gefallene,
terrestrische Insekten ein wichtiger
Bestandteil der Nahrung der Bachforelle.
Anderseits werden die geschlüpften Imagines
der aquatischen Insekten von Vögeln,
Eidechsen, Fledermäusen sowie anderen
Prädatoren verzehrt. In ihrer Diplomarbeit an
der Bünz hat Christina Baumgartner (2008)
solche trophische Zusammenhänge untersucht
und festgestellt, dass die Dichte der
prädatorischen Uferarthropoden (Spinnen,
Kurzflügler- und Laufkäfer) mit der Dichte
der geschlüpften Imagines der aquatischen
Insekten korreliert. Diese Zusammenhänge
wurden ausserdem durch die Beschaffenheit
des Uferbereichs beeinflusst. So
konnte diese Arbeit auch zeigen, dass die
Dichte bestimmter Prädatoren unter anderem
durch die Vielfalt der Vegetation und die
Länge der Uferlinie beeinflusst wird. Somit
kann eine vom Menschen verur sachte Unterbrechung
der Seitenvernetzung negative
Auswirkungen sowohl auf aquatische als
auch terrestrische Lebensgemeinschaften
haben und potenziell diejenigen Arten beeinträchtigen,
die von der Vernetzung der
Lebensräume abhängen; diese Ergebnisse
bestätigen die Resultate einer früheren Studie
(Iwata et al., 2003).
4. Migration, Genfluss und
Populationsmodelle
Die Vernetzung zwischen Populationen der
aquatischen und flussbegleitenden, terrestrischen
Lebewesen beeinflusst auch den
genetischen Austausch (den sogenannten
Genfluss) zwischen Populationen. Genfluss
findet statt, wenn Individuen sich in
einer Population fortpflanzen, in welche sie
eingewandert sind, und so zum Genpool
beitragen, also zur Gesamtheit der Allele
und Genotypen in einer Population. Andererseits
hinterlassen viele Migrationsereignisse
keine Spuren im Genpool, beispielsweise
wenn die Migranten abwandern
oder sterben, bevor sie sich fortgepflanzt
haben. Da Arten unterschiedliche Ausbreitungskapazitäten
haben und mehr oder
weniger spezifisch in ihrer Habitatswahl
sind, wurden mehrere theoretische Mo-
delle formuliert, um die Vernetzung einer
Landschaft für Populationen zu beschreiben
(Tab. 1) (Tero et al., 2003; Pollux et al.,
2009). Abhängig von den lokalen Verhältnissen
können verschiedene Populationsmodelle
an unterschiedlichen Standorten
für dieselbe Art gelten. So können manche
Arten in einem Teil ihres Verbreitungsgebiets
kontinuierliche Populationen bilden,
in einem anderen Teil jedoch kleine, isolierte
Bestände oder Metapopulationen
aufweisen.
4.1 Isolierte Populationen
Entlang eines Flussabschnitts können die
Populationen einer Art genetisch völlig
isoliert sein; genetischer Austausch findet
nicht statt. Dieses Populationsmodell gilt
für extrem seltene Arten, die an Flussläufen
in kleinen Beständen anzutreffen sind.
Tabelle 1. Populationsmodelle für terrestrische und aquatische Organismen der Flusslandschaften.
Die Abbildungen folgen Tero et al. (2003) und Pollux et al. (2009).
226 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

4.2 Räumlich strukturierte
Populationen
Wenn Gene und Individuen sich vornehmlich
zwischen räumlich benachbarten Beständen
bewegen, so spricht man von
einem Austausch über Trittsteine (bzw.
sogenannte «Stepping stones»). Diese
Arten sind also keine guten Ausbreiter.
Weil nur geringe Distanzen überwunden
werden, haben die Arten, die diesem Muster
folgen, meist räumlich strukturierte Populationen.
Das heisst, an verschiedenen
Flussabschnitten weisen diese Arten genetisch
unterschiedliche Bestände auf.
4.3 Metapopulationsmodell
Wenn die Bestandsentwicklung einer
Art von häufigem Erlöschen von lokalen
Beständen und von Populationsneugründungen
gekennzeichnet ist, spricht
man von einer Metapopulation (Hans ki,
Zhang, 1993; Hanski, 1998; Hanski,
Gaggiotti, 2004). Mehrere Arten der terrestrischen,
flussbegleitenden Pflanzen
bilden Metapopulationen (Tero et al.,
2003; Jacquemyn et al., 2006; Honnay
et al., 2009). Bei Metapopulationen muss
für das langfristige Überleben einer Art in
einem Einzugsgebiet die Zahl der Neugründungen
von Beständen das lokale
Erlöschen von Beständen übersteigen.
Dazu muss die longitudinale Vernetzung
zwischen Habitaten gewährleistet sein.
Altbestände und Flächen, auf denen sich
neue Vorkommen etablieren können,
sollten nicht zu weit voneinander entfernt
liegen (innerhalb der mittleren Ausbreitungsdistanz
der Art).
4.4 Metapopulation
mit Source-Sink-Dynamik
Am Fluss ist es bei wasserverbreiteten
Arten auch möglich, dass die Ausbreitung
vermehrt flussab erfolgt. In diesem Fall
stellen die Populationen flussaufwärts die
einzige Quelle für die Gründung neuer Populationen
dar. Wenn bestimmte Populationen
vermehrt Migranten aussenden, und
andere Migranten empfangen aber keine
aussenden, so spricht man von einem
«Source-Sink-Metapopulationsmodell»
(Pulliam, 1988; Pulliam, Danielson, 1991).
Bild 3. Die Durchgängigkeit in Fliessge wässern wird durch künstliche Barrieren
beeinträchtigt. A. Wehr. B. Eindolung. C. Absturz bei Sohlschwelle. D. Eine für Groppen
unüberwindbare Sohlstufe im Mülibach (Nidwalden). Fotos: Denise Weibel.
Das Source-Sink-Modell stellt einen Spezialfall
eines Metapopulationsmodells
dar, mit Quellpopulationen, die Individuen
aussenden und für die Besiedlung neuer
Standorte verantwortlich sind, sowie Empfängerpopulationen,
die Individuen empfangen,
aber selbst nicht zur Gründung
neuer Vorkommen beitragen. Dieses Populationsmodell
ist für die Praxis höchst
relevant, denn die Zerstörung der Quellpopulationen
führt langfristig zum lokalen
Aussterben von Arten innerhalb eines
Einzugsgebiets. Andererseits kann man in
diesem Fall Arten fördern, indem man sehr
gezielt Ressourcen einsetzt, um das Bestehen
der Quellpopulationen zu sichern
und gleichzeitig die Vernetzung mit flussabwärts
gelegenen Standorten sicher zu
stellen.
4.5 Kontinuierliche Population
Wenn Bestände kontinuierliche Populationen
mit räumlich ausgedehntem genetischem
Austausch bilden, besteht für die
Praxis kein Handlungsbedarf in Bezug auf
Artenförderungsmassnahmen. Die Arten,
die diesem Populationsmodell folgen, sind
gute Ausbreiter, die neue Standorte über
grosse Distanzen hinweg kolonisieren
können. Viele dieser häufigen Arten können
in der Regel auch dann von Revitalisierungsmassnahmen
profitieren, wenn
diese weit entfernt von anderen Beständen
durchgeführt werden.
5. Welche Faktoren beeinflussen
die Durchgängigkeit
von Fliessgewässern?
Die Vernetzung von Flusshabitaten aus
Sicht der im und am Fluss lebenden Organismen
wird durch natürliche und menschgemachte
Barrieren beeinträchtigt. Ein
Wasserfall stellt beispielsweise eine abrupte,
ein klimatischer Gradient eine graduelle
natürliche Barriere dar (Banarescu,
1990). Menschgemachte Barrieren sind
vielfältig. Künstliche Abstürze und Schwellen
zur Sohlenstabilisierung, Wehre, Staudämme
oder Eindolungen fragmentieren
den Gewässerverlauf und können Wanderhindernisse
darstellen (Bild 3). Insbesondere
eine Abschneidung der Seitenbäche
durch künstliche Barrieren kann gravierende
Auswirkungen auf die Artenzahl bei
Fischen haben, denn die schwimm- und
sprungschwachen Fischarten und kleine
Individuen sind in nicht der Lage, Abstürze
zu überqueren. An durch Barrieren abgetrennten
Zuflüssen der Suhre wurde nur
die Bachforelle nachgewiesen, an Bächen
mit gut vernetzten Seiteneinmündungen
hingegen drei oder mehr Fischarten (Am-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 227
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
mann, 2006). Bei Fischen stellt somit die
Mündung den wichtigsten Bereich für die
Artenvielfalt im Gewässer dar.
Monoton verbaute, sehr schnell
fliessende Flussabschnitte, sogenannte
Schussrinnen, können ebenso als Barrieren
(«soft barriers») wirken wie punktuelle
physikalische oder chemische Veränderung
des Wassers aufgrund von Zuleitungen
(z.B. Temperaturveränderung). Als
Konsequenz einer Barriere wird die Wanderung
von Fischen und aquatischen Invertebraten
flussaufwärts behindert und ihre
natürliche Ausbreitung begrenzt. Dabei
kommt es auf die Organismengruppe an,
welche Struktur eine Barriere darstellt. Ein
mehrere Meter hohes Querbauwerk mag
von Makroinvertebraten mit geflügelten
Imagines problemlos überwunden werden,
während sie die flussaufwärts gerichtete
Migration der Fische sowie der flügellosen
aquatischen Makroinvertebraten
verunmöglicht. Am Mülibach (Nidwalden)
zeigte sich, dass sich eine kleine Sohlstufe
von

Rahmen des Projekts «Integrales Flussgebietsmanagement»
wurde die genetische
Struktur von drei aquatischen und zwei terrestrischen
Arten untersucht.
7.1 Populationsgenetische Struktur
benthischer Makroinvertebraten
an der Sense
An der Sense haben wir zwei benthische
Makroinvertebraten mit unterschiedlichen
Ausbreitungsstrategien untersucht. Eine
dieser Arten war der Bachflohkrebs (Gammarus
fossarum), der kleine Distanzen durch
kriechen (flussabwärts und flussaufwärts)
oder driften (nur flussabwärts) zurücklegt;
diese Art wurde mit neun Mikrosatellitenmarkern
untersucht (Alp et al., eingereicht).
Die zweite untersuchte Art war die Eintagsfliege
(Baetis rhodani), die sich als Larve
wie der Bachflohkrebs ausbreitet, aber
auch eine imaginale fliegende Phase hat
und somit Barrieren im Fluss überwinden
kann; für diese Art wurden fünf Mikrosatelliten
untersucht (Alp et al., eingereicht). Der
ausschliesslich aquatische Bachflohkrebs
(Bild 4) zeigte viel weniger genetischen Austausch
zwischen Populationen als die Eintagsfliege
(Tabelle 3) und ist möglicherweise
nicht nur in seiner Ausbreitung limitiert, sondern
könnte auch an lokale Bedingungen
angepasst sein. Das würde bedeuten, dass
lokale Populationen des Bachflohkrebses
einen zusätzlichen Wert für die Erhaltung
der Biodiversität haben.
Dagegen scheint die Eintagsfliege
in ihrer Ausbreitung im Sensegebiet nicht
limitiert zu sein, sie bildet dort eine einzige,
kontinuierliche Population. Die Barrieren
im Fluss manifestieren sich bei beiden
Arten nicht in der genetischen Struktur
(Bild 5a, c).
7.2 Populationsgenetische Struktur
der Groppe an der Sense
Die Groppe (Cottus gobio) hat eine durchschnittliche
Grösse von 15 cm und lebt
bodenorientiert. Sie hat eine reduzierte
Schwimmblase und gilt als standorttreue
oder eben residente Fischart. Je residenter
eine Art ist, umso weniger Migration gibt
es zwischen den einzelnen Populationen,
was eine genetische Differenzierung zwischen
diesen Populationen begünstigt.
Als schwimmschwache Fischart kann die
Groppe selbst kleinere Barrieren im Fluss
nicht überwinden, so dass die Wanderung
der Tiere flussaufwärts durch Barrieren
verunmöglicht wird.
Wir haben die populationsgenetische
Struktur dieser Art in der Sense
in den Kantonen Bern und Fribourg basierend
auf zehn Mikrosatellitenmarkern
Mikrosatelliten, Allele, Loci, genetische Differenzierung
Mikrosatelliten sind kurze mehrfach wiederholte Motive auf der DNA, die sich in der
Zahl der Wiederholungen und somit in ihrer Länge unterscheiden (Goldstein, Pollock,
1997). So kann beispielsweise ein Individuum eine genetische Variante (Allel) mit drei
Wiederholungen der Basenpaare «CATG» tragen, (CATG) 3, und ein anderes Individuum
kann auf derselben Stelle der DNA (Locus) ein anderes Allel besitzen, das fünf
Wiederholungen besitzt, also (CATG) 5. Diese Längenunterschiede können entstehen,
wenn bei der Replikation der DNA z.B. während der Zellteilung Wiederholungseinheiten
übersprungen bzw. angehängt werden. Bei den meisten Mutationen ist eine
einzige Wiederholungseinheit betroffen; sehr selten kann es passieren, dass gleich
mehrere Wiederholungseinheiten angehängt oder entfernt werden (Weber, Wong,
1993; Goldstein, Pollock, 1997).
Für aussagekräftige genetische Studien werden meist mehrere Loci (sogenannte
«Marker») untersucht. Wenn genügend Mikrosatellitenmarker untersucht werden,
können genetisch unterschiedliche Individuen voneinander unterschieden werden,
und beispielsweise die räumliche Ausdehnung von Klonen bei Pflanzen kann bestimmt
werden. Selbst wenn man nicht vollständig zwischen Individuen unterscheiden kann,
ist es vielfach möglich, einzelne Individuen anhand ihrer Kombination von Mikrosatellitenallelen
einer bestimmten Population zuordnen. So können Migranten identifiziert
werden. Die genetische Differenzierung zwischen Populationen wird mit dem Fixierungsindex
F ST angegeben. Ein Wert von 0 besagt, dass Populationen nicht differenziert
sind, ein Wert von 1 gibt eine völlige genetische Isolation an (Hartl, Clark, 1997).
Bild 4. In den genetischen
Studien
untersuchte Arten.
A. Eintagsfliege
(Baetis rhodani),
Larve und geflügeltes
adultes
Tier (Fotos: Maria
Alp). B. Bachflohkrebs
(Gammarus
fossarum) (Foto:
Maria Alp). C. Kiesbankgrashüpfer
(Chorthippus pullus)
(Foto: Theresa
Karpati). D. Tamariske
(Myricaria
germanica) (Foto:
Silke Werth).
Bild 5. Populationsstruktur aquatischer Arten der Sense relativ zur Lage und Anzahl
von Barrieren (schwarze Balken). Farben: die Zugehörigkeit von Individuen zu Populationen.
A. Eintagsfliege. B. Groppe. C. Bachflohkrebs. Daten: A, C: Maria Alp; B: Julian
Junker. Abbildung: Sonia Angelone.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 229
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Tabelle 3. Genetische Differenzierung (Box 1) zwischen Stichprobestellen an der Sense
und an der Isar. Angegeben sind die Art, der untersuchte Fluss, die Populationsstruktur
der Art, und der globale F ST -Wert aus einer Analyse der Molekularen Varianz (F ST);
ns, statistisch nicht signifikant; *, statistisch signifikant.
Bild 6. Populationsstruktur terrestrischer Arten der Isar im Grenzgebiet zwischen
Deutschland (D) und Österreich (A), relativ zur Lage von Barrieren (schwarze Balken).
Farben: Zugehörigkeit von Individuen zu Populationen. A. Kiesbankgrashüpfer. B.
Tamariske. Daten: A: Theresa Karpati. B: Silke Werth. Abbildung: Sonia Angelone.
Bild 7. Populationsdynamik der Tamariske (Myricaria germanica) in der Schweiz,
Quelle: Silke Werth.
untersucht (Junker et al., eingereicht).
Weil die Art schwimmschwach ist, überraschte
es nicht, dass zwischen den einzelnen
Beprobungsstellen in der Sense
eine deutliche genetische Differenzierung
festgestellt wurde. Die genetischen Unterschiede
zwischen Individuen von unterschiedlichen
Standorten werden mit
zunehmender geographischer Distanz
grösser. Allerdings fanden wir in einer
weiteren Analyse, bei welcher wir den Einfluss
der geographischen Distanz eliminiert
hatten, ebenfalls eine positive Korrelation
zwischen der Anzahl Barrieren und
der genetischen Differenzierung zwischen
den Standorten (Bild 5b). Die Populations-
struktur der Groppe in der Sense scheint
insofern durch die Verbauungen beeinflusst
zu werden (Junker, 2010; Junker et
al., eingereicht). Die Groppe wies an der
Sense eine relativ hohe genetische Differenzierung
auf (Tabelle 3) und ebenfalls
eine hohe genetische Diversität.
7.3 Populationsgenetische Struktur
des Kiesbankgrashüpfers an
der Isar
Der Kiesbankgrashüpfer (Chorthippus pullus)
ist eine in der Schweiz vom Aussterben
bedrohte Heuschreckenart. Dieser Grashüpfer
besiedelt Kiesbänke mit geringer
Vegetationsdichte und hat als Kurzflügler
nur ein geringes Ausbreitungspotenzial.
Für diese Art stellten Stauseen Barrieren
für den Genfluss zwischen Populationen
entlang der Isar dar (Bild 6a). Wir haben
die populationsgenetische Struktur dieser
Art mit fünf Mikrosatellitenmarkern
an der Obern Isar in Deutschland untersucht
(Karpati et al., in Vorbereitung). Der
Flussabschnitt zwischen beiden Stauseen
fiel zwischen 1949 und 1990 jeden
Sommer aufgrund von Ausleitungen trocken.
Beim Kiesbankgrashüpfer wurde
in diesem Flussabschnitt eine unerwartet
grossräumige genetische Durchmischung
nachgewiesen (Tabelle 3) und eine
hohe genetische Diversität. Die geringen
Abflussmengen förderten eine Vernetzung
der Kiesbänke und somit auch die
Durchmischung der Populationen dieser
Art. Die seit 1990 vorgeschriebene Restwassermenge
in der Isar führte hingegen
zu einer zunehmenden Verbuschung der
Kiesbänke, was für den Kiesbankgrashüpfer
problematisch ist, da sein Lebensraum
schrumpft.
7.4 Populationsgenetische Struktur
der Tamariske
Die Tamariske (Myricaria germanica) ist
ein den Vegetationstyp «Tamarisken-Weidengebüsch»
(Moor, 1958) definierender
Strauch, der in der Alluvialzone am Oberlauf
von Fliessgewässern vorkommt. Die
Art ist heute aufgrund von Habitatverlust
und mangelnder Dynamik im Zusammenhang
mit der Begradigung und Verbauung
von Flüssen in Mitteleuropa selten geworden.
Die Tamariske pflanzt sich mit kleinen,
flugfähigen Samen fort, die über Wind
oder Wasser ausgebreitet werden können;
insofern hätten wir für diese Art hohen
Genfluss erwartet und somit keine ausgeprägte
Differenzierung zwischen Populationen
innerhalb von Einzugsgebieten.
Wir haben diese Art mit 20 nuklearen
Mikrosatelliten untersucht (Werth,
230 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Scheidegger, 2011). An der Oberen Isar
in Süddeutschland fanden wir unterwartet
eine deutliche genetische Differenzierung
oberhalb und unterhalb von Stauseen, das
heisst deutliche Unterschiede in der genetischen
Zusammensetzung von Populationen
(Bild 6b) (Werth et al., in Vorbereitung).
Dies bedeutet, dass Stauseen für diese
Pflanzenart schwer überwindbare Barrieren
darstellen, obwohl die Tamariske dank
ihrer durch Wind und Wasser verbreiteten
Samen ein hohes Ausbreitungspotenzial
hat. Die Art hatte eine relativ niedrige genetische
Diversität, aber wies einen hohen
Grad der genetischen Differenzierung auf,
was typisch ist für Arten, die Metapopulationen
bilden (Tabelle 3).
In der Schweiz zeigt die Tamariske
am Oberlauf der Maggia und am Rhein Metapopulationen,
während sie vor allem im
Mittelland und im Wallis isolierte Populationen
aufweist, und am Inn eine kontinuierliche
Population bildet (Bild 7). Die Metapopulation
an der Maggia haben einen
Source-Sink-Charakter, wo die im obersten
Bereich des Einzugsgebiets gelegenen
Populationen die Quelle für Neubesiedlungen
von Kiesbänken flussabwärts darstellen.
Am Schweizer Inn wiesen wir eine
kontinuierliche Population für die Tamariske
nach. Die genetische Diversität der
Tamariskenbestände am Inn war sehr
niedrig und liess darauf schliessen, dass
die Art das Gebiet entweder durch einige
wenige Individuen besiedelt haben muss,
oder dass die Bestände durch einen sogenannten
«genetischen Flaschenhals»
gegangen sein müssen bevor sie sich
räumlich ausgedehnt haben (Box 2). In
beiden Fällen gehen wir davon aus, dass
die Tamarisken historisch vernetzt gewesen
sein müssen, etwa dadurch, dass we-
Genetischer Flaschenhals und
genetische Drift
Bei einem genetischen Flaschenhals
sind Populationen über mehrere Generationen
hinweg klein und verlieren
viel ihrer ursprünglichen genetischen
Vielfalt durch genetische Drift. Die genetische
Drift ist eine durch Zufall bedingte
Verschiebung der Allelfrequenz,
bei der meist seltene Allele verschwinden,
aber auch ursprünglich selten vorkommende
Allele an Häufigkeit zunehmen
können. Falls Populationen über
viele Generationen hinweg klein sind,
kann die genetische Drift zur Fixierung
einzelner Allele in bestimmten Populationen
führen.
Bild 8. Populationsstruktur der Tamariske am Rhein in der Schweiz, relativ zur geo -
grafischen Lage natürlicher und anthropogener Barrieren (schwarze Balken, breit:
Schluchten, schmal: kanalisierter Abschnitt mit wenigen Kiesinseln). Quelle: Silke
Werth.
nige, eng verwandte Individuen das Gebiet
besiedelten. Aufgrund dieser historischen
Effekte ist die Diversität am Inn zu niedrig,
um genetisch verschiedene Populationen
nachzuweisen.
Unsere Ergebnisse für die Deutsche
Tamariske vom Rhein in der Schweiz
zeigen deutlich, dass auch natürliche Barrieren
wie etwa Schluchten (dicke Balken,
Bild 8) einen Effekt auf die genetische
Struktur haben können – die lokalen Populationen
der Tamariske wiesen deutliche
genetische Unterschiede oberhalb und
unterhalb dieser Barrieren auf, während
der unterhalb gelegene Flussabschnitt,
der keine Barrieren aufwies, die genetisch
ähnlicheren Bestände hatte. Ein kanalisierter
Flussabschnitt zeigte keine deutliche
Barrierewirkung (schmaler Balken, Bild 8).
Eine weitere Beobachtung war, dass die
Tamariskenpopulationen im Unterlauf
meist eine Mischung verschiedener genetischer
Gruppen aufwiesen, während am
Oberlauf häufig reine Vorkommen gefunden
wurden. Dieses Ergebnis deutete an,
dass eine Ausbreitung der Samen mit dem
Wasser für diese Art eine wichtige Rolle
spielen könnte.
8. Massnahmen zur Verbesserung
der Vernetzung
8.1 Verbesserung der longitudinalen
Vernetzung für die Fischfauna
durch Blockrampen
Zur Wiederherstellung der Wanderkorridore
für Fische bei Wehren und Dämmen
werden technische Fischtreppen oder naturnahe
Umgehungsgerinne gebaut. Eine
weitere Massnahme ist die Entfernung von
Wanderhindernissen, zum Beispiel Wehre
oder künstliche Abstürze. Im Kanton Aargau
wurden die Kosten für die Beseitigung
solcher Hindernisse je nach Gewässer auf
40 000 bis 100 000 Franken pro Meter Absturzhöhe
geschätzt (Berner, 2006). Die
Sanierung von Überfällen sollte nicht nach
dem Zufallsprinzip erfolgen, sondern eine
Priorisierungsanalyse über die zu entfernenden
Hindernisse ist vorrangig durchzuführen
(Zitek et al., 2007; Fahrni, 2011).
Als Ersatz zur Sohlenstabilisierung werden
bei der Entfernung von Überfällen Blockrampen
gebaut. Eine Blockrampe ist eine
mit Steinblöcken befestigte Fliessgewässerstrecke
mit erhöhtem Gefälle, welche
die Fischgängigkeit ermöglichen soll. Verschiedene
Faktoren sind entscheidend
beim Bau von unterschiedlichen Blockrampentypen.
Die Stabilität, insbesondere
des Rampenfusses, muss bei einem
Hochwasserereignis gewährleistet sein.
Die Blockrampe, beziehungsweise ihr Gefälle,
muss so dimensioniert sein, dass für
Fische geeignete Fliessgeschwindigkeiten
und Wassertiefen entstehen. Als Richtwert
wird in der Literatur eine maximale Fliessgeschwindigkeit
von 1.6 bis 2.0 m/s definiert
(DVWK, 1996). Dabei muss allerdings
beachtet werden, dass die Schwimm- und
Springleistungen der einzelnen Fischarten
voneinander verschieden sind. Es gilt, sowohl
die im Gewässer vorkommende als
auch die potentielle Fischfauna zu berück-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 231
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Tabelle 4. Ausgewählte Resultate zur Erfolgskontrolle für den Fischaufstieg an Blockrampen (kleine Individuen: 75% sehr gut; 1–35% eingeschränkt).
sichtigen, welche sich nach Fischregion
unterscheidet (Illies, 1961). An verschiedenen
Blockrampen wurden Erfolgskontrollen
zum Fischaufstieg durchgeführt.
Fische wurden oberhalb der Rampe
gefangen, markiert und unter die Rampe
versetzt. Die Rückwanderung der markierten
Fische über die Rampe bestimmte
die Durchgängigkeit der Rampen für verschiedene
Fischarten und deren Grössenklassen
(Weibel, Peter, eingereicht;
Weibel et al., in Vorbereitung). Es zeigte
sich, dass die Aufwärtswanderung je nach
Fischart, Grössenklasse der Individuen
und Blockrampe unterschiedlich effizient
ist (Tab. 4). Während die schwimmstarke
Bachforelle auch über steile Rampen mit
Gefälle >6% wanderte, hatten die Kleinfischart
Groppe und die Cypriniden (Karpfenartige)
Schwierigkeiten, solchen Rampen
zu durchschwimmen. Auch für kleine
Bachforellen war die Durchgängigkeit eingeschränkt.
Gerade in der Aeschenregion,
wo mehrere Fischarten vorkommen, soll
das Gefälle der Rampen den leistungsschwächeren
Cypriniden (z.B. Strömer,
Nase, Gründling) angepasst werden. Es
zeigte sich, dass der Bau von Blockrampen
zur Wiederherstellung der Durchwanderbarkeit
sinnvoll ist. Allerdings muss die
Blockrampe an die jeweilige Fischzone angepasst
sein. Unsere Ergebnisse zeigten,
dass eine Blockrampe nur dann relativ steil
gebaut sein darf, wenn die Bachforelle die
einzige vorkommende Fischart ist. Um das
ökologische Potential von Blockrampen
auszuschöpfen, sind Erfolgskontrollen
über den Fischaufstieg empfehlenswert.
8.2 Vernetzung aquatischer und
terrestrischer Ökosysteme
bei Revitalisierungen
Bei Flussrevitalisierungen ist generell zu
berücksichtigen, dass die revitalisierten
Strecken mit möglichst naturnahen Flussabschnitten
vernetzt werden. Besonders
wichtig für die Vernetzung der Fliessgewässer
ist eine Anbindung der Seitenzuflüsse
(Ammann, 2006). Hier können
oftmals mit geringem flussbaulichem
Aufwand erstaunliche Ergebnisse erzielt
werden, indem Einmündungen aufgeweitet
werden, was die Durchgängigkeit für
verschiedene Organismen verbessern
kann (Ribeiro et al., 2011). Eine Anbindung
der Seitengewässer an artenreiche Hauptgewässer
kann zu raschen Erfolgen führen,
wie zu einer Erhöhung der Artenzahlen der
aquatischen Fauna innerhalb kurzer Zeit.
So wurde etwa die Anzahl der Fischarten
des Liechtensteiner Binnenkanals durch
die Vernetzung mit dem Hauptgewässer
Alpenrhein im Zuge einer Revitalisierung
von sechs Arten auf 16 erhöht (Bohl et al.,
2004). Auch die Auenstandorte sollten
durch Revitalisierungen miteinander vernetzt
werden. Dabei ist auf den Raumbedarf
vieler Auenarten zu achten.
Die Vernetzung von Fliessgewässern
ist von massgeblicher Bedeutung,
nicht nur für die Erhaltung und Wiederherstellung
der typischen Artenvielfalt der
Flusslandschaften, sondern auch für den
Ablauf der natürlichen ökologischen Prozesse
sowie für den Geschiebehaushalt.
Die Wiederherstellung der Vernetzung
der Fliessgewässer wird in den nächsten
Jahren und Jahrzehnten im Fokus des Revitalisierungsgeschehens
in der Schweiz
stehen.
232 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Danksagung
Grosser Dank geht an die vielen Helfer, welche
bei den zahlreichen elektrischen Abfischungen
mitgewirkt haben. Hiermit bedanken wir uns bei
Michael Schödl, Barbara Krummenacher, Nino
Maag und Anna Rist für Hilfe bei der Feldarbeit
für den Kiesbankgrashüpfer und die Tamariske.
Christopher T. Robinson, Irene Keller und Anja
Westram haben viel zur Planung, Durchführung
und Auswertung der Arbeit zum Bachflohkrebs
und zur Eintagsfliege beigetragen. Wir danken
Christina Baumgartner für ihren Beitrag zur lateralen
Vernetzung an der Bünz. Saran Cheenacharoen,
Tabea Lanz, Nino Maag, Lara Pfister
und Yuppayao Kophimai haben Proben präpariert
und einen Teil der DNA-Extraktionen durchgeführt.
Die Proben der Tamariske, des Kiesbankgrashüpfers,
des Bachflohkrebses und
der Eintagsfliege wurden teilweise am Genetic
Diversity Center (GDC) der ETH Zürich analysiert;
wir danken Aria Minder und Tania Torossi
für ihre freundliche Unterstützung. Herzlichen
Dank an Sonia Angelone für Mithilfe bei den
Abbildungen. Wir danken der EAWAG für einen
Action Field Grant zur Finanzierung der genetischen
Analysen von Eintagsfliege und Bachflohkrebs.
Die in diesem Artikel vorgestellten
Untersuchungen wurden im Rahmen einer Forschungszusammenarbeit
mit dem BAFU als Teil
des Projektes «Integrales Flussgebietsmanagement»
(07.0071.PJ / G473-0382) durchgeführt.
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Schlüsselwörter
Laterale Vernetzung, longitudinale Vernetzung,
vertikale Vernetzung, Populationsgenetik, genetische
Differenzierung, Bachflohkrebs (Gammarus
fossarum), Eintagsfliege (Baetis rhodani),
Groppe (Cottus gobio), Kiesbankgrashüpfer
(Chorthippus pullus), Tamariske (Myricaria germanica),
Sense, Isar, Flussrevitalisierungen.
Anschrift der Verfasser
Silke Werth 1 , 5 , Denise Weibel 2 ,
Maria Alp 3 , 4 , Julian Junker 2 , Theresa Karpati 1 ,
Armin Peter 2 , Christoph Scheidegger 1
1 FE Biodiversität und Naturschutzbiologie,
WSL, CH-8903 Birmensdorf, Schweiz
2 Dept. Fischökologie und Evolution, Eawag,
CH-6047 Kastanienbaum, Schweiz
3 Dept. Aquatische Ökologie, Eawag
CH-8600 Dübendorf, Schweiz
4
Institut für Integrative Biologie, ETH Zürich,
CH-8092 Zürich, Schweiz
5
E-mail der korrespondierenden Autorin:
silke.werth@wsl.ch
234 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Elargissement local de l’affluent dans une
zone de confluence
Comportement morphologique et potentiel écologique
Marcelo Leite Ribeiro, Koen Blanckaert, Jean-Louis Boillat, Anton Schleiss
Les aménagements des cours d’eau ont été responsables
d’un considérable affaiblissement de la valeur écologique de
systèmes fluviaux dans les régions alpines d’Europe. Dans
ce contexte, la morphodynamique des confluences alpines
aménagées est étudiée expérimentalement, avec une attention
particulière sur le potentiel d’un élargissement local de
l’affluent en cas de renaturation des confluences. Les résultats
montrent qu’un élargissement local de l’affluent augmente la
Local widening of a tributary in the confluence zone – morphodynamic
behavior and ecological potential. In alpine regions of Europe,
river training works were responsible for a considerable
impoverishment of river ecosystems. The morphodynamics of
regulated confluences have been experimentally investigated
with special attention to the potential of local tributary widening
in the framework of confluence rehabilitation projects. Results
Aufweitung von Seitengewässern im Einmündungsbereich – morphodynamisches
Verhalten und ökologisches Potenzial. Die Fliessgewässerkorrektionen
im europäischen Alpenraum haben vielerorts
zu einer Verarmung der ökologischen Funktionsfähigkeit der Gewässernetze
geführt. Besonderes kritisch sind dabei die Einmündungen
von Seitengewässern. Im Rahmen einer experimentellen
Forschungsarbeit wurde deshalb die Morphodynamik von kanalisierten
Einmündungen im Hinblick auf ihr Renaturierungspotenzial
untersucht. Dabei hat sich gezeigt dass eine lokale Aufweitung des
Seitengewässers im Einmündungsbereich die Gewässermorphologie
hinsichtlich Vielfalt von Sohlensubstrat, Wassertiefen und
1. Introduction
Les aménagements des cours d’eau
dans les régions alpines d’Europe ont
généralement transformé les larges
rivières en tresses ou en bancs alternés
en systèmes linéaires. Ceux-ci se caractérisent
par un manque de diversité
structurale, à savoir de bancs de graviers,
d’îles, d’alternance de rapides et de
zones calmes, comme c’est le cas du
Rhône supérieur, en Suisse (Figure 1).
Ces interventions ont considérablement
Résumé
Abstract
Zusammenfassung
appauvri la valeur écologique de ces
systèmes.
A partir de la fin du 20 ème siècle,
«la renaturation des cours d’eau» est
devenue un concept de référence pour
les professionnels de l’environnement et
les autorités responsables de la gestion
des cours d’eau. Le but prioritaire de la
renaturation est de restituer l’espace vital
nécessaire au cours d’eau, fortement dégradé
par les interventions humaines.
Ce concept associe une utilisation
variabilité sédimentaire du substrat ainsi que la diversité de la
profondeur et des vitesses d’écoulement. Cette réponse est
favorable au développement des habitats et au rétablissement
de la connectivité latérale et longitudinale des réseaux fluviaux.
L’élargissement offre un grand potentiel d’amélioration du statut
écologique, aussi bien localement qu’à l’échelle du bassin
versant. De surcroit, ce gain lié à l’élargissement n’est pas assorti
d’effets contraires concernant la protection contre les crues.
show that local widening of the tributary in the confluence zone
increases the heterogeneity in sediment substrate, flow depth and
flow velocity. This is favorable for in-stream habitat and for the connectivity
between the main river and the tributary. Therefore, it has
a high potential to improve ecological status both locally and on
the stream catchment scale. In addition, local tributary widening
is not associated to adverse impacts on flood safety.
Fliessgeschwindigkeiten stark verbessert. Dadurch ergeben sich
güns tige Bedingungen für neue aquatische Lebensräume. Zudem
wird die durch die Gewässerkorrektionen verloren gegangene
Durchgängigkeit der Einmündungen wieder hergestellt. Die lokale
Aufweitung von Seitengewässern im Einmündungsbereich hat deshalb
eine weiträumige positive Auswirkung auf den ökologischen
Zustand des Gewässernetzes. Die Untersuchungen haben zudem
gezeigt dass die Aufweitung von Seitengewässern im Mündungsbereich
die Hochwassersicherheit bezüglich Geschiebetransport
und Abflusskapazität keineswegs nachteilig beeinflusst.
durable des cours d’eaux avec le bienêtre
des communautés riveraines. La
reconstruction de l’espace vital se fait
très souvent par un élargissement de
tronçons de cours d’eau, pour permettre le
rétablissement de la dynamique morphosédimentaire.
De surcroît, les protections
contre les crues doivent être adaptées aux
risques hydrologiques liés à l’urbanisation
croissante.
Les confluences sont les nœuds
des réseaux fluviaux. Il s’agit de points
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 235
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Figure 1a. Carte Napoléonienne du Rhône dans la région de St-Léonard en 1802
(SRCE-VS, 2008) et b) vue actuelle d’un tronçon canalisé du Rhône supérieur.
extrêmement importants du point de
vue hydraulique mais aussi écologique.
Hydrauliquement, la jonction entre
deux ou plusieurs affluents crée des
zones d’écoulement tridimensionnel
très complexe. Cette complexité hydrodynamique,
associée aux différents
régimes de transport solide génère des
zones de dépôt et d’érosion qui peuvent
avoir des conséquences importantes lors
de crues (Best, 1988; Boyer, et al., 2006;
Rhoads, et al., 2009).
D’un point de vue environnemental,
les confluences exercent des fonctions
importantes pour la connectivité latérale
et longitudinale ainsi que pour l’apport
d’éléments organiques nécessaires à
la survie des écosystèmes fluviaux. Les
divers paramètres caractéristiques des
confluences, tels que les débits, les régimes
de transport solide, les apports organiques
et la morphologie confèrent à ces zones
une hétérogénéité environnementale qui
ne se retrouve nulle part dans d’autres
tronçons de rivières (McBride, et al.,
2008; Rice, et al., 2008; Mac Nally, et al.,
2011). Ceci permet d’affirmer que les
projets de renaturation des cours d’eaux
n’atteignent pas les objectifs souhaités si
la connectivité latérale et longitudinale du
réseau n’est pas assurée (Palmer, 2009,
Lake et al., 2007). Cette connectivité est
essentielle pour relier les populations des
bassins versants, pour la conservation de
la diversité génétique et taxonomique et
pour connecter les habitats aux différents
stades de vie des organismes aquatiques
(Lake et al., 2007). Pour cela, les projets de
renaturation des confluences sont d’une
extrême importance.
Les confluences rencontrées dans
les régions alpines sont généralement
caractérisées par des petits cours d’eaux à
forte pente dont le lit est formé de graviers
et qui se connectent asymétriquement
à la rivière principale sous de grands
angles. Pendant les crues, les petits
affluents transportent d’importantes
quantités de sédiments. Ces zones ont été
particulièrement affectées par les travaux
de correction réalisés dès le 18 ème siècle et
présentent actuellement un défi important,
non seulement pour la protection contre
les crues, mais aussi pour la renaturation.
Les connaissances actuelles sur le
comportement morphologique des confluences
concernent principalement les
régions de plaine (Roy and Bergeron,
1990; Biron, et al., 1993; Rhoads and
Kenworthy, 1995; Leclair and Roy, 1997;
Rhoads and Kenworthy, 1998) et ne sont
pas applicables au type de confluences
rencontré dans les vallées alpines (Leite
Ribeiro, et al., 2009; Leite Ribeiro, 2011;
Leite Ribeiro, et al., 2011).
Dans le présent projet, la morphodynamique
de confluences similaires à
celles trouvées dans le bassin du Rhône
supérieur est étudiée expérimentalement.
Une attention particulière est portée au
potentiel écologique d’un élargissement
local de l’affluent dans une perspective de
renaturation des confluences.
2. Etat écologique des
confluences, à l’exemple
du Rhône supérieur
Une analyse de la valeur écologique actuelle
des confluences de la plaine du Rhône en
amont du Léman ainsi que de leur potentiel
écologique a été réalisée par Bourgeois
(2006). La méthodologie développée
repose sur 4 domaines: l’écomorphologie,
le régime d’écoulement, la qualité de l’eau
et la connectivité. Elle est appliquée aux
principales confluences du Rhône à l’aval
de Brigue:
Ecomorphologie: Ce domaine décrit le
degré d’artificialisation du tracé, du
lit et des berges des cours d’eau,
principalement dû à l’urbanisation et à
l’intensification de l’agriculture à
proximité ainsi qu’à la nécessité de
protéger ces zones contre les crues.
Ecoulement: Ce domaine considère
le régime hydrologique de chaque
cours d’eau. La modulation des débits
ainsi que le transport solide peuvent
être perturbés par des aménagements
hydroélectriques existants. L’exploitation
de gravières est aussi un facteur
important pour le changement de
régime du transport solide.
Qualité de l’eau: Ce domaine examine
les altérations de la qualité de l’eau
dues aux rejets d’eaux usées
(ménagères ou industrielles) et aux
apports diffus de l’agriculture et du
ruissellement. Ces rejets peuvent être
préjudiciables à la faune et la flore.
Connectivité: La connectivité latérale
est le dernier domaine analysé. Elle
est importante notamment pour la
migration des poissons et des
invertébrés. Plusieurs affluents sont
actuellement aménagés avec des
seuils pour fixer leur profil en long, ce
qui représente la plus grande cause du
manque de connectivité latérale.
La représentation graphique des résultats
d’analyse selon ces quatre axes est
présentée à la Figure 2. Il en ressort que
l’état écologique actuel des affluents du
Rhône supérieur est globalement faible
et qu’aucune confluence ne présente un
état écologique qui lui permette d’assurer
entièrement ses diverses fonctions.
Figure 2. Représentationgéographique
de l’état
actuel et du potentiel
écologique des
affluents du Rhône
supérieur en plaine
selon Bourgeois
(2006).
236 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Les déficits actuels, avant tout écomorphologiques
et hydrologiques, sont
bien mis en évidence. Pour restaurer la
valeur écologique de la plaine du Rhône
supérieur, des mesures telles que la
renaturation des cours d’eau, le maintien
des débits d’étiage ou la suppression de
seuils sont dès lors importantes. Comme
illustré dans la Figure 3, ces mesures
présentent des coûts raisonnables et
sont actuellement considérées dans les
multiples projets d’aménagement de cours
d’eau dans le cadre de la 3ème Correction
du Rhône supérieur (SRCE-VS, 2008).
3. Etude expérimentale du
comportement morphodynamique
des confluences
3.1 Description de l’étude
Le comportement morphodynamique
des confluences a été systématiquement
étudié en laboratoire pour quantifier
l’influence d’un élargissement local de
Figure 3. Etat
écologique actuel
et potentiel et coût
total annuel par
confluence
selon Bourgeois
(2006).
l’affluent à l’embouchure. L’installation
expérimentale et les configurations testées
sont inspirées de la situation sur le Rhône
supérieur. Elles ne représentent toutefois
pas une confluence existante, mais plutôt
une confluence schématisée (Leite Ribeiro,
2011). L’installation est constituée d’un
canal principal de 8.5 m de longueur et
0.50 m largeur. L’affluent, d’une longueur
de 4.9 m et d’une largeur de 0.15 m, se
connecte au canal principal sous un angle
de 90° (Figure 4). Les rapports de largeur
entre l’affluent et le canal principal (B t/B m)
et entre l’amont et l’aval du canal principal
(B m/B p-c) se trouvent dans la plage de
valeurs observées pour les confluences du
Rhône supérieur (Leite Ribeiro, 2011).
Trois combinaisons de débits ont
été considérées. Le débit en aval de la
confluence est toujours de 20 l/s. L’unique
changement concerne le ratio entre les
débits de l’affluent (Q t) et du canal principal
(Q m), soit Q r = Q t/Q m = 0.11 (faible ratio de
débit), 0.15 (ratio de débit intermédiaire)
Figure 4. Installation expérimentale et configurations d’élargissement de l’affluent
testées (les cotes sont en mètres).
et 0.23 (ratio de débit élevé). Ces débits
représentent des crues morphogènes,
c’est-à-dire de période de retour
proche de 2 ans. Chaque combinaison
de débits a été testée dans quatre
différentes configurations de confluence:
une configuration de référence (sans
élargissement) et trois élargissements,
appelés : Petit (B t = 0.30 m; L w = 0.45 m),
Moyen (B t = 0.45 m; L w = 0.45 m) et Grand
(B t = 0.45 m; L w = 0.60 m).
Chaque essai a été réalisé en
conditions stationnaires de débit dans
l’affluent et le canal principal et un débit
solide constant Q st = 0.30 kg/min constitué
de sédiments à granulométrie étendue
(d 50 = 0.82 mm et coefficient de gradation
σ = 4.15) dans l’affluent. La courbe
granulométrique adimensionnelle de ce
mélange est similaire à celles rencontrées
dans le Rhône. Concrètement, il n’y a pas
de transport de sédiments dans le canal
principal en amont de la confluence. Cette
simplification vise à reproduire le cas
d’une crue de l’affluent où ce dernier
transporte relativement plus de sédi -
ments que le canal principal.
Tous les essais ont démarré avec
un fond plat et ont été poursuivis jusqu’à
ce que les conditions d’équilibre soient
atteintes, c’est-à-dire, lorsqu’il n’y plus
d’évolution morphologique entre deux
pas de temps. Les essais ont duré entre
22 et 24 heures. La présente analyse
considère exclusivement la condition
d’équilibre de chaque essai.
3.2 Résultats expérimentaux
3.2.1 Configuration de référence
Les mesures et observations effectuées
dans la configuration de référence, relatives
au champ de vitesses en trois dimensions,
à la turbulence de l’écoulement, à la
granulométrie des matériaux déposés, à la
morphologie et au transport sédimentaire,
ont révélé que les processus hydromorpho-sédimentaires
des confluences
des régions alpines sont différents de
ceux décrits par des modèles existants de
la morphodynamique des confluences.
Pour illustrer les principaux processus
morphodynamiques agissant sur une
confluence de type alpin, un modèle
conceptuel a été établi par Leite Ribeiro
(2011).
La morphologie des confluences
résultant de cette étude est caractérisée
par la présence d’un important banc
de graviers en aval de la confluence. La
différence des profondeurs d’écoulement
entre l’affluent et le canal principal
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 237
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
conduit à l’existence d’une importante
discordance entre les lits. De plus, aucune
zone significative d’érosion n’est créée.
En ce qui concerne l’hydrodynamique,
la quantité de mouvement introduite
par l’affluent, associée à la présence
du banc, provoque une redistribution
importante des masses dans la zone de
confluence, induisant une déviation de
l’écoulement principal vers la rive externe.
L’écoulement principal proche du fond
est peu modifié par l’affluent, donnant
naissance à une structure d’écoulement
à deux couches dans l’embouchure de
l’affluent. Cet écoulement à deux couches
joue un rôle important en empêchant la
formation d’une zone de recirculation en
aval de la confluence. Le banc de graviers
constitué à l’aval de la confluence réduit
la surface d’écoulement et provoque son
accélération. Les sédiments transportés
par l’affluent sont triés et véhiculés sur le
parement du banc.
3.2.2 Configurations avec élargissement
local de l’affluent à
l’embouchure
La morphodynamique des zones élargies
répond différemment aux combinaisons
de débit et à la forme de l’élargissement.
Dans l’ensemble des résultats présentés
à la Figure 6 il est possible de distinguer
3 zones caractéristiques principales dans
l’élargissement, les zones sèches (zsc),
les zones stagnantes (zst) et les corridors
d’écoulement de l’affluent (cpe).
Les zones sèches (zs) se
rencontrent à l’entrée de l’élargissement
et sont formées par remplissage au cours
de l’essai. Selon les observations, ces
zones sont alimentées par l’écoulement
provenant de l’affluent et ne présentent pas
d’écoulement. Les zones de stagnation
sont formées par la rencontre des deux
écoulements et peuvent progresser vers
les zones élargies en fonction du scénario
étudié. Il est intéressant de remarquer
que ces zones ne sont pas alimentées par
l’affluent et ne sont par conséquent pas
remplies de sédiments.
Concernant les corridors principaux
d’écoulement, les essais ont montré
qu’un élargissement local provoque
tout d’abord une expansion latérale de
l’écoulement et ensuite une contraction
due à la rencontre avec l’écoulement du
canal principal. L’expansion vers l’amont
de l’écoulement dans la zone élargie (à
gauche dans la Figure 6) est principalement
associée à la longueur de l’élargissement.
La limite amont ne change
pas entre le petit élargissement et
Figure 5. Modèle conceptuel des principaux processus morphodynamiques agissant
sur une confluence de type alpin, entre un petit affluent dominant en terme de transport
sédimentaire et un canal principal dominant en terme de débit (Leite Ribeiro, 2011). M1:
Discordance de fond; M2: Banc de sédiments, M3: Corridors de transport des matériaux
grossiers, M4: Corridors de transport des matériaux fins; M5: Petite zone d’érosion. F1:
Ecoulement de surface provenant du canal principal, F2: Ecoulement proche du fond provenant
du canal principal, F3: Ecoulement provenant de l’affluent, F4: Zone de stagnation,
F5: Zone de cisaillement et F6: Vortex spirales dans le coin aval de la confluence.
Figure 6. Vue de la zone élargie pour chacun des neuf essais. Les abréviations «zs»
dénotent les zones sèches, «zst» les zones de stagnation et «cpe» les corridors d’écoulement.
Les carrés trait-tillés sont illustrés par des photos dans la Figure 8.
238 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Figure 7. Représentation des profondeurs d’eau dans les zones élargies sous forme
de boxplots avec la médiane (trait épais), les quartiles 0.25 et 0.75 (limites inférieur et
supérieur du rectangle), et les valeurs maximales et minimales (trait-tillés). Dans les
configurations de référence, les valeurs de profondeur d’eau ont été mesurées le long
de l’affluent entre Y = 0.50 m et Y = 1.2 m (cf. Fig.4).
l’élargissement moyen (de même longueur),
soit entre la première et la deuxième
ligne de la Figure 6. Par contre, la limite
extérieure du corridor se déplace vers
la gauche quand le grand élargissement
est comparé à l’élargissement moyen.
Tous les élargissements conduisent à un
rattachement de l’écoulement sur le côté
aval de l’élargissement.
Le degré de liberté spatial introduit
par l’élargissement, associé aux différents
débits dans le cours d’eau principal et dans
l’affluent conduit à la formation de zones
morphologiques tridimensionnelles, d’une
grande variabilité spatiale. La Figure 7
montre les variations de profondeur
d’eau mesurées dans les zones élargies
en comparaison de celles mesurées
dans l’affluent pour la configuration de
référence. La formation d’une morphologie
tridimensionnelle conduit à une plus
grande variété de profondeurs d’eau
en comparaison de la configuration de
référence, ce qui est favorable à la création
de biotopes.
L’élargissement local de l’affluent
conduit également à une variabilité importante
du substrat du lit comme illustré à
la Figure 8. Les zones sèches (zs) sont
constituées de sédiments extrêmement
fins (bancs de sable) alors que les
corridors principaux d’écoulement sont
caractérisés par une granulométrie plus
grossière. Les observations faites pendant
les essais ont mis en évidence que les
corridors de transport de sédiments dans
les zones élargies sont directement liés
aux corridors principaux d’écoulement.
Dans les scénarios à grand rapport de
débit, les corridors de transport sont
contractés et davantage guidés vers l’aval
en comparaison des essais à petit rapport
de débit (Figure 8).
L’analyse des profils en long sur
l’axe de l’affluent (Figure 9) montre que
les changements morphologiques dus
à l’expansion locale de l’affluent ne sont
pas ressentis par les niveaux d’eau ni par
la morphologie de l’affluent à l’amont de
l’élargissement. Ce résultat très important
indique qu’une intervention locale dans
la zone de la confluence ne produit pas
d’effets adverses pour la protection contre
les crues. Ceci est principalement dû au
caractère local de l’élargissement où la
capacité de transport initialement réduite
est rapidement rééquilibrée par une légère
aggradation et aussi par la déviation du
corridor d’écoulement par le flux provenant
du canal principal.
4. Potentiel écologique de
l’élargissement d’un affluent
à l’embouchure
L’élargissement vise à augmenter la
morphodynamique d’un tronçon canalisé.
Ceci est favorable au développement des
habitats des invertébrés aquatiques, des
poissons et de la végétation ainsi qu’à la
création de hotspots pour la biodiversité
(Benda et al., 2004, Rice et al., 2008).
Les zones d’eau calmes (stagnation
et/ou recirculation) présentes dans les
élargissements peuvent également jouer
un rôle important en tant que refuges pour
les poissons en situation de crue du canal
principal ou en cas de marnage. De plus, un
Figure 8. Vue des zones élargies dans les essais Faible – Petit (a) et Elevé – Grand (b). Les abréviations «zs» dénotent les zones
sèches, «zst» les zones de stagnation, «cpe» les corridors d’écoulement et «cts» les corridors de transport de sédiments.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 239
Flussgebietsmanagement

Flussgebietsmanagement
Figure 9. Profil en long dans l’axe de l’affluent (X = 0.60 m). a) Essais à «faible ratio de débits», b) essais à «ratio de débits intermédiaire»
etc) essais à «ratio de débits élevé».
élargissement local de l’affluent peut créer
une zone riveraine favorable à la diversité
des plantes et des espèces animales
comme les oiseaux, mammifères, insectes
et amphibiens (Bohl, et al., 2003; Singer
and Dunne, 2006; Schweizer, et al., 2007a;
Weber, et al., 2009).
Dans une zone de confluence, un
élargissement favorise le rétablissement
de la connectivité latérale des réseaux
fluviaux, dégradés par les aménagements
de cours d’eau passés. Même si la
morphodynamique des zones élargies
répond différemment aux combinaisons
de débit et à la forme de l’aménagement,
un élargissement local de l’affluent
améliore toujours l’hétérogénéité morphodynamique
de la zone de confluence
(Figure 6, Figure 8 et Figure 7), sans
toutefois provoquer d’effet négatif sur
la protection contre les crues (Figure 9).
Ainsi, un élargissement local de l’affluent
peut être considéré comme une solution
efficace pour augmenter le potentiel
écologique des systèmes fluviaux, sans
réduire leur capacité de transport ni la
sécurité en cas de crue.
Il est important de remarquer que
les essais réalisés dans le cadre de ce
projet sont caractérisés par des débits
stationnaires, représentatifs de conditions
morphogènes et que les résultats présentés
ici correspondent à des conditions
d’équilibre. Cependant, dans les réseaux
fluviaux, les constantes variations de débits
et par conséquent de niveaux d’eau et de
vitesses sont des éléments fondamentaux
pour l’écosystème fluvial (Schweizer, et
al., 2007b). D’après l’équation synthétique
proposée par Wasson, et al. (1998):
Hétérogénéité + Variabilité + Connectivité
= Biodiversité
Pour cette raison, la liberté supplémentaire
introduite par les zones élargies est d’une
grande importance pour l’augmentation
de la biodiversité dans les zones de
confluences.
Un exemple de cette dynamique
d’une zone élargie est montré dans la
Figure 10, qui représente la situation
d’écoulement de la Borgne avec lit
élargi dans la zone de la confluence, lors
d’une crue morphogène et pour un débit
moyen annuel, étudiée qualitativement
en modèle physique par Bidaud (2010).
Ce cours d’eau présente actuellement
un seuil fixe de 1.2 m à son embouchure,
qui est responsable d’une altération
significative de la connectivité latérale
(Bourgeois, 2006). Pour le débit de période
240 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Figure 10. Vue zénithale du modèle physique de la confluence de la Borgne élargie et du Rhône supérieur. a) Crue morphogène de le
la Borgne et b) Débit annuel moyen de la Borgne.
de retour de 2 ans (Figure 10a), un chenal
d’écoulement préférentiel se forme au
centre de l’élargissement avec un pavage
du fond du lit par des sédiments grossiers.
Avec la réduction du débit de l’affluent
(Figure 10b), l’écoulement est dévié vers
les bancs de sédiments fins déposés en
rive gauche, qui offrent moins de résistance
à l’écoulement. Un processus d’érosion
latérale se développe jusqu’au moment où
l’affluent atteint sa largeur et sa profondeur
d’équilibre, asséchant totalement le chenal
antérieur. L’élargissement de la zone de
confluence a permis la suppression du seuil
existant et son remplacement par une pente
constante franchissable par les poissons.
Une telle mesure se révèle propice à la
restauration des habitats favorables aux
truites de rivière (Kuttel, 2001).
5. Recommandations pour
la pratique
La présente étude s’appuie sur un nombre
limité de scénarios et configurations de la
zone élargie. Les essais ont toutefois permis
de mettre en évidence des comportements
directement applicables à des projets de
renaturation de confluences:
(i) L’élargissement local de l’affluent
dans la zone de confluence est une
solution très avantageuse pour le
rétablissement de la connectivité latérale.
De surcroit, vu le caractère
local de cette intervention, son coût
est relativement faible.
(ii) Sur la base des résultats expérimentaux,
il est possible de conclure
qu’un élargissement égal à 3 fois la
largeur de l’affluent (B w = 3*B t) sur une
longueur de 4 fois la largeur de l’affluent
(L w = 4*B t) est suffisant pour atteindre
les objectifs de renaturation, sans
effets négatifs sur la protection contre
les crues.
(iii) Dans l’optique d’une systématisation
des essais en laboratoire, seuls des
élargissements rectangulaires ont été
examinés. Même avec des configurations
aussi simples, des résultats
satisfaisants ont été obtenus. Toutefois,
pour un projet de renaturation, un
élargissement progressif comme
étudié qualitativement par Bidaud
(2010) devrait s’avérer plus fonctionnel
dans l’espace disponible.
(iv) Dans les affluents aménagés, il
arrive souvent que l’apport solide ait
été artificiellement réduit par l’installation
de dépotoirs, dans un objectif
de protection contre les crues.
Lors d’un projet de renaturation,
des interventions doivent de ce fait
être envisagées au besoin pour rétablir
un régime de transport solide suffisant
pour restituer la morphodynamique
du cours d’eau.
6. Conclusions
De nombreux systèmes fluviaux ont
été altérés par les travaux de correction
réalisés en Suisse dès le 18 ème siècle,
comme sur le Rhône en amont du Léman.
La présente recherche considère un
élargissement local de l’affluent à son
embouchure dans le canal principal comme
une solution efficace et peu coûteuse
de renaturation. Les résultats se basent
sur l’étude expérimentale systématique
d’une confluence schématisée dont les
caractéristiques géométriques et les
relations de débits sont comparables à
celles rencontrées dans les confluences
du Rhône supérieur. L’analyse est faite
sur les conditions d’équilibre associées à
une crue morphogène de l’affluent.
Un élargissement local de l’affluent
dans la zone de confluence permet
d’augmenter la variabilité des paramètres
requis pour un rétablissement des habitats,
comme les profondeurs d’eau, les vitesses
d’écoulement et la composition du substrat.
Cette amélioration ne provoque pas
d’effets négatifs sur protection contre les
crues car les niveaux d’eau ne sont pas
influencés par cette mesure.
Concrètement, un élargissement
de trois fois la largeur de l’affluent canalisé
sur une longueur de quatre fois cette largeur
se révèle suffisant pour le rétablissement
de la connectivité latérale du système.
Remerciements
La présente recherche fait partie du projet
interdisciplinaire appelé «Integrales Flussgebietsmanagement»
(Aménagement intégral
des cours d’eaux). Le projet est financé par
l’Office Fédéral de l’Environnement (OFEV) et
les partenaires sont le LCH-EPFL, l’EAWAG,
le WSL et la VAW-ETH à Zurich. Les auteurs
tiennent à remercier particulièrement Maria
Alp (EAWAG) pour les commentaires et propositions
concernant les aspects biologiques
de l’article.
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Adresse des auteurs:
Marcelo Leite Ribeiro, Koen Blanckaert, Jean-
Louis Boillat et Anton Schleiss, Laboratoire de
constructions hydrauliques (LCH), Ecole polytechnique
fédérale de Lausanne (EPFL), Station
18, CH-1015 Lausanne
secrétariat.lch@epfl.ch, http://lch.epfl.ch
Die nächste Ausgabe von
«Wasser Energie Luft»
erscheint am Donnerstag,
8. Dezember 2011
Foto: MMi
242 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Remplacement des organes de sécurité au
barrage de l’Hongrin
Iwan Zurwerra, Pierre Perrottet
Résumé
Depuis le 1 er octobre 1971, la société FMHL SA (Forces Motrices Hongrin–Léman SA) exploite une usine de pompage-turbinage
afin de stocker et de produire de l’énergie hydroélectrique. Après environ 40 ans d’exploitation, des travaux de maintenance et de
renouvellement aux organes de sécurité sur ce barrage double-voûte sont nécessaires.
Une expertise technique a mené à la décision de remplacer les organes de sécurité au barrage nord et de réviser les vannes au
barrage sud. En même temps, la protection anticorrosion aux différents blindages est refaite entièrement. Le béton de l’évacuateur
de crue, situé à la culée centrale, sera réparé.
Après des études approfondies, l’idée initiale de réaliser tous ces travaux dans la même période hivernale a été abandonnée en
faveur d’une réalisation par module étalée sur plusieurs années. Durant la période de février à mai 2010, les travaux au barrage sud
ont été effectués avec succès sans arrêt de production. La fabrication des organes de sécurité à ce jour est déjà bien avancée. Les
vannes papillon à la prise d’eau sont livrées depuis mai 2010.
Dans une première partie, le mandat, le mandataire FMHL SA représenté par ALPIQ SUISSE SA, et l’entreprise HYDRO Exploitation
SA (HYDRO) comme exploitant, sont présentés.
Ensuite, la structuration du projet ainsi que la procédure pour la planification sont expliquées. Ces travaux de grande envergure
imposent des exigences élevées quant à la logistique de chantier. Au sein du concept, la gestion des risques chez HYDRO sera
présentée en prenant l’exemple des travaux de manutention.
Dans la section 5, les travaux réalisés sont décrits par le sous-traitant TSM Perrottet SA, responsable pour les travaux
subaquatique.
1. Le mandat
Par la suite le propriétaire mandataire,
l’aménagement, le contractant et le
mandat du projet sont décrits.
1.1 Le propriétair mandataire:
FMHL SA (Forces Motrices
Hongrin–Léman SA)
La société FMHL SA se compose des
actionnaires suivants:
Actionnaire: Part (%)
Romande Energie SA 41.1
ALPIQ Suisse SA 39.3
Groupe E 13.1
Ville de Lausanne 6.5
La gestion des actifs de l’aménagement
Hongrin–Léman est assurée par ALPIQ
Suisse SA.
1.2 Le contractant
L’entreprise HYDRO Exploitation SA
(HYDRO) avec siège social à Sion (VS)
a pour mission d’assurer l’exploitation
et l’entretien des aménagements hydroélectriques.
Dans ce but, les sociétés
ALPIQ Suisse SA (anciennement Energie
Ouest Suisse EOS), Grande Dixence SA,
FMV SA et la Romande Energie SA avaient
transféré en 2002 leurs départements
exploitation et technique dans la nouvelle
société HYDRO. Depuis, cette entreprise
avec plus de 400 employés assure la
fiabilité pour des aménagements
hydroélectriques dans les cantons
du Valais et Vaud. HYDRO est donc
responsable d’env. 22% de la production
hydroélectrique installée en Suisse.
HYDRO étudie et gère de nombreux projets
de renouvellement et de réhabilitation.
Pour garantir le succès de ces missions,
HYDRO dispose des départements
Opérations & Maintenance, Gestion de
projets, Ateliers centraux et Expertises &
développement. Depuis 2008, un atelier
mécanique à Martigny est opérationnel.
Figure 1. L’extrait de carte montre la vue d’ensemble.
En 2009, l’unité «Produits» a été créée.
L’auteur de cet article avec son équipe ont
été mandatés pour l’étude et la réalisation
de ce projet.
1.3 Présentation de l’aménagement
Hongrin–Léman
L’installation pompage-turbinage se situe
dans le canton de Vaud. L’accès au
barrage se fait par une route militaire
depuis La Lécherette en dessous du Col
des Mosses.
Le lac est alimenté par l’eau de
fonte de neige et l’eau pluviale amenée
par un réseau important de galerie de
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 243
Flussgebietsmanagement

Tableau 1. Les données clé du premier aménagement suisse de pompage-turbinage.
transport. De plus, de l’eau est pompée
du Lac Léman.
Par une galerie d’amenée d’environ
8 km de long, l’eau est transportée par la
suite par le puits inclinée d’environ 1.2 km
de long sur les quatre turbines avec une
puissance de 60 MW chacune.
La centrale se trouve dans une
caverne proche du fameux Château de
Chillon près de Montreux.
Le tableau 1 résume les données
techniques de la première installation
pompage-turbinage en Suisse.
1.4 Le mandat du projet
HYDRO avait été mandatée en 2005, dans
le cadre du plan de maintenance à dix
ans, pour analyser l’état des organes de
sécurité. A la demi-vie de la concession,
différentes possibilités de réhabilitation
avaient été étudiées. La solution initiale
de réviser les organes de sécurité au
barrage Nord avait été abandonnée après
consultation des experts en faveur d’un
remplacement complet de ceux-ci.
Le but de ce projet est de réaliser
les travaux comme décrit ci-dessous
avec une indisponibilité minimale de
l’aménagement en respectant la sécurité
des personnes et des biens.
Le périmètre du projet comprend
les travaux suivants:
1. Prise d’eau barrage Nord:
Remplacement de deux vannes papillon
DN 3000, tuyaux intermédiaires,
by-pass et contrôle-commande.
Figure 2. Vue d’ensemble des chantiers.
Figure 3. Structuration du projet (objets principaux en vert).
244 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Figure 4. Phasage selon Norme SIA 112.
Figure 5. Structuration de l’analyse des risques.
Nouvelle protection anti-corrosion du
blindage et nouvelle grille d’entrée
DN 8500 côté amont du lac.
2. Vidanges de fond barrage Nord:
Remplacement de deux vannes papillon
DN 1800, deux vannes à jet
creux DN 1600, tuyaux intermédiaires
et contrôle-commande.
Nouvelle protection anti-corrosion du
blindage et des grilles d’entrée.
3. Purge au barrage Sud:
Révision deux vannes tiroir, révi -
sion groupe hydraulique et contrôlecommande.
Nouvelle protection anti-corrosion du
blindage et grille.
4. Evacuateur de crues à la culée centrale:
Assainissement du béton.
1.5 Contraintes et restrictions
Le mandataire demande l’indisponibilité
la plus courte possible. Les travaux prévus
au barrage de l’Hongrin se retrouvent dans
un contexte général de projets voisins en
cours, entre autres le projet «Hongrin–
Léman plus». Des contraintes importantes
sont citées ci-dessous:
Délai de livraison des organes de
sécurité
Disponibilité des entreprises clé
Site éloigné
Pas d’accès direct aux organes de
sécurité et au pied du barrage
Conditions climatiques
Apport naturel des eaux
Exigences environnementales
2. Planification du projet
2.1 Structuration du projet
Ce projet d’envergure complexe demande
une analyse systématique. La structuration
se fait par objet. Le périmètre du projet est
subdivisé dans les quatre lots principaux
vidanges de fond et prise d’eau au barrage
Nord, évacuateur de crues à la culée
centrale et vannes de purge au barrage
Sud. Les objets secondaires à savoir
logistique, manutention, maîtrise du niveau
du lac et l’environnement fournissent le
support nécessaire à la réalisation des lots
principaux. Les aspects importants liés à
la complexité de ce mandat passionnant
sont décrits ci-dessous:
Aménagement clé pour l’alimentation
en énergie électrique de la Suisse
romande
Pas de possibilité de comparaison
avec des projets similaires
Coûts d’investissement élevés
Contraintes environnementales
Situation de risques élevée
Solutions innovatrices (logistique,
transport)
Ressources: coordination des spécialistes
Planning très strict
2.2 Organisation du projet
HYDRO gère ses projets de manière
générale avec une organisation matricielle.
Sous la responsabilité du chef de projet
de l’unité gestion de projets, plusieurs
chefs de projet partiels des unités
techniques travaillent avec leurs équipes
de spécialistes. De plus, un membre du
département exploitation avait été intégré
dans l’équipe de projet.
Les mandats partiels et leurs
tâches sont structurés selon des critères
techniques et assignés pour tous les
lots principaux et secondaires selon
structuration du projet (voir image 3). Par
exemple, le chef de projet partiel mécanique
et protection anticorrosion est responsable
pour les études et la fabrication de tous
les organes de sécurité et la protection
anticorrosion. Pour la partie logistique, un
autre chef de projet partiel est responsable.
Un aspect important dans l’organisation
est le contact direct avec le responsable
de la production de l’énergie.
2.3 Déroulement du projet selon
Norme SIA 112
L’image 4 montre le déroulement simplifié.
Après la phase SIA 2 en 2005–2006,
les études détaillées pour les organes
de sécurité avaient été avancées. La
soumission et l’appel d’offres étaient
terminés fin 2007 avec l’adjudication
à l’entreprise ADAMS Schweiz AG. La
priorité a été mise sur les vannes en raison
du long délai de fabrication.
A partir de 2008, le concept de la
logistique et de l’infrastructure de chantier
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 245

était élaboré en parallèle du projet de détail
pour les organes de sécurité. Le projet de
détail pour la logistique et l’infrastructure de
chantier était terminé fin 2009. L’état actuel
d’avancement des travaux (août 2010) est
décrit dans le chapitre 4 ci-dessous.
3. Concept de la solution
3.1 Logistique/Infrastructure de
chantier
L’accès au barrage est assuré par une route
militaire depuis la Lécherette en dessous
du Col des Mosses. Le couronnement
du barrage se trouve à une altitude de
1257 m sm. La largeur disponible du
couronnement à l’intérieur des bordures
est d’environ 3.40 m.
Les chantiers Nord se trouvent
à une profondeur de –83 m pour la prise
d’eau et env. –91 m pour les vidanges de
fond.
Les vannes de purge au barrage
Sud se trouvent à environ -75 m depuis le
couronnement.
Le seul accès possible à différentes
chambres des vannes se fait depuis le
couronnement. De là, les pièces d’un poids
maximal d’environ 26 t sont abaissées
avec une grue mobile spéciale. Pour le
transport des personnes, un ascenseur
de chantier avec une charge utile de 2 t
sera installé.
Figure 6. L’extrait du plan montre les dimensions de la grue à
130 t sur le couronnement et la profondeur d’abaissement vers
la chambre des vannes à la prise d’eau au barrage Nord.
Pour que le chantier soit exploitable
pendant la période hivernale toutes les
mesures possibles seront mises en place.
En plus du service avalanche et des
mesures de sécurité pour les personnes,
une alimentation électrique adéquate
et des containers de réfectoire sont
également prévus. Par la suite, la faisabilité
a été validée par un expert externe.
3.2 Maîtrise du lac
La gestion du plan d’eau durant les travaux
présente un élément clé de ce projet. En
plus de la solution initiale de percer le
barrage en dessous du niveau des vannes
de vidange de fonds , une nouvelle solution
sans abaissement du lac est élaborée
actuellement.
La première variante prévoyait deux
forages carottés d’un diamètre 800 mm à
travers le barrage Nord. Avec ces deux
pertuis, un débit maximal de 12 m 3 /s
peut être évacué. Ce débit est possible
pendant la période hivernale de janvier à
mars. Plus les travaux sont déplacés vers
le printemps, plus ce débit augmente.
Pour augmenter la flexibilité dans
le choix de la période de réalisation durant
l’année, la deuxième variante ne prévoit
plus un abaissement du niveau du lac. Deux
obturateurs d’un diamètre de 4700 mm
seront posés sous l’eau sur les deux trompes
de vidange. Une première étude a démontré
la faisabilité. La solution définitive sera
choisie dès que la période économiquement
la plus favorable pour la mise hors service de
l’aménagement sera connue.
3.3 Gestion des risques
3.3.1 Généralités
Au sein de ce projet, une analyse
systématique des risques avait été réalisée.
En collaboration avec un partenaire
externe, tous les risques avait été analysés.
La procédure choisie est présentée par la
suite.
L’analyse de risques suit la
structuration du projet. Pour les objets
principaux, selon périmètre du projet,
plusieurs processus de support (objets
auxiliaires) sont nécessaires. Les
objets auxiliaires, à savoir «conception
technique», «logistique», «manutention»,
«gestion des eaux» «QES», sont commun
à tous les objets principaux. Chacun des
objets a été analysé selon la norme ONR
49001, selon laquelle HYDRO est certifié.
3.3.2 Gestion des risques: exemple
manutention
Après l’analyse systématique des travaux
de manutention avec les tonnages y
relatifs, un concept avait été élaboré en
collaboration avec le fabricant des grues
et l’entreprise de manutention. Le levage et
Figure 7. 29 octobre 2009: Essai de levage à 28 t sur le couronnement
Nord, qui confirmait les concepts théoriques in situ.
246 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Figure 8. Vanne papillon DN 3000 de la
prise d’eau Nord lors de la réception en
hiver 2009–2010.
l’abaissement des anciennes et nouvelles
vannes d’un poids unitaire maximal de 26 t
et la largeur du couronnement d’environ
3.40 m représentent des contraintes
élevées à la faisabilité.
Déjà à un stade très avancé, un
premier essai chez le fabricant avait
démontré la faisabilité de levage des
charges jusqu’à 30 t. Par la suite, la
stabilité du mur du barrage ainsi que
le couronnement lui-même avaient été
vérifiés par un ingénieur spécialisé (voir
image 6).
Ayant élargi le couronnement
pendant la période de septembre à octobre
2009, des essais de levage avec une
charge maximale de 28 t étaient réalisés
à fin octobre 2009. Ceux-ci confirmaient
la faisabilité pratique de la manutention
Figure 9. Travaux de protection anticorrosion
en dessous des vannes de la purge
Sud.
Figure 11. Equipement de l’obturateur. Figure12. Plateforme de travail.
avec des grues mobiles (image 7). En
collaboration étroite avec le fabricant des
grues, l’entreprise de levage et les organes
officiels de la SUVA, toutes les procédures
de travail étaient analysées et validées.
4. Réalisation
4.1 Barrage Nord: Fabrication des
organes de sécurité
Après la signature des contrats avec la
maison ADAMS Schweiz AG début 2008,
la conception des organes de sécurité
avait commencé. Sous le suivi intense des
études et de la préparation par HYDRO
et des partenaires tiers, la fabrication est
en cours actuellement. Les deux vannes
papillon DN 3000 et le tuyau intermédiaire
pour la prise d’eau au barrage Nord ont été
Image 10. Travaux d’échafaudages sur
l’évacuateur de crues.
réceptionnés à fin avril 2010. La livraison a
eu lieu fin mai 2010. L’image 8 montre une
des vannes papillon DN 3000 ouverte lors
de sa réception à l’usine et les dimensions
de ces organes impressionnants.
4.2 Travaux au barrage Sud
Le but primordial était de réaliser ces
travaux déjà en 2010. Les essais de
levage en automne 2009 permettaient
de préparer les travaux au barrage
Sud. Afin d’isoler la zone de travail, un
obturateur avait été posé côté amont du
lac par des plongeurs (voir chapitre 5). Ces
travaux devaient être coordonnés entre
l’exploitant et le responsable de production
hydroélectrique. Le marnage du niveau du
lac ne devait pas dépasser un certain seuil
durant les travaux subaquatiques. Suite
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 247

Figure 13. Chambre de pression et poste de régie pour
scaphandriers.
à la phase de préparation, de décembre
2009 à février 2010, le chantier avait ouvert
le 22 février 2010 avec le nettoyage de la
neige sur la route d’accès et la mise en
place de l’infrastructure nécessaire.
En parallèle, des travaux de
démontage des vannes les travaux
préparatoires pour le sablage et la peinture
débutaient (image 9).
La coordination de tous les travaux
était assurée par la direction locale des
travaux sur site à plein temps. Ces travaux
étaient terminés le 7 mai 2010 avec la
remise en service des vannes révisées.
Depuis cette date, l’exploitation de
l’aménagement fonctionne de nouveau
sans contrainte. Le chantier était terminé à
la fin août 2010 avec la remise en état du
couronnement.
4.3 Travaux à l’évacuateur des
crues à la culée centrale
Pour l’assainissement des bétons à
l’évacuateur des crues, un échafaudage
était mis en place (voir image 10). Après
le traitement des surfaces endommagées,
par haute-pression, les armatures ont été
traitées avec un produit anticorrosion
pour être ensuite reconstituées par un
mortier de ragréage. Les joints des étapes
de bétonnage étaient protégés par une
bande d’étanchéité. Ces travaux étaient
également terminés pour la mi-mai 2010.
5. Entreprise TSM Perrottet SA:
Travaux subaquatiques au
barrage Sud
L’article qui suit a été rédigé par notre
partenaire et sous-traitant TSM Perrottet
SA. La maison TSM Perrottet SA était en
charge des travaux subaquatiques.
Exigences du client HYDRO
Exploitation SA:
Figure 14. Préparation des plongeurs.
Isoler et étanchéifier la purge du barrage
Sud, diamètre de la trompe
d’entrée 1600 mm
Profondeur d’intervention des scaphandriers
– 29 m, profondeur transformée
en lac en montagne – 32 m,
cote du couronnement 1257 m sur
mer.
Accès routier difficile sur une route
étroite couverte de neige et glace
depuis la route du col des Mosses.
Poids maximal des pièces d’équipement
limité à 5.5 t.
Réalisation en hiver.
L’étanchéité absolue de l’obturateur
doit être garantie: les travaux de sablage
et de peinture nécessitent un milieu
sec.
Afin de pouvoir répondre à ces
exigences, toute la procédure a été validée
au siège à Sugiez FR.
Equiper l’obturateur (2.3 t) avec le joint
d’étanchéité et les vannes de
remplissage/vidange.
Positionner les points d’attelage selon
la pente de la surface du mur du
barrage.
Monter des fixations pour la plateforme
de travail provisoire et le dispositif de
forage sur la bride de l’obturateur.
Tous les scaphandriers prévus pour
cette mission devaient exercer toutes
les procédures au sec, afin d’être prêts
à les réaliser sous l’eau avec une
visibilité minimale.
Pose du dispositif de forage, forage
de huit trous, évacuation des carottes
de forages, pose des ancrages
chimiques.
L’obturateur était rempli avec de l’eau
et sous pression afin de tester le joint
d’étanchéité et sa fiabilité.
5.1 Notre plateforme (ponton)
de travail
Afin de réceptionner toutes les installations
nécessaires à la réalisation de cette
mission, une plateforme de travail avait été
mise en place. Deux pontons en aluminium
joignables d’une surface totale de 12 × 8 m
étaient prévus au vu de la limitation de
poids. Contre la formation de la glace,
un rideau de boules d’air avait été monté
sous la surface d’eau afin de garantir une
zone de travail vide. Comme déjà essayé
sur le canal de la Broye devant notre
siège, la plateforme avait été aménagée
en utilisant les grues mobiles. La chambre
de compression, le container de régie, le
générateur, les compresseurs à basse et
haute pression, les groupes hydrauliques,
les batteries de gaz de respiration,
l’outillage, l’équipement de plongée et
d’autre matériel avaient été fixés afin de
résister à des conditions hivernales.
Les machines les plus importantes
sont installées à double, afin de ne pas
perdre de temps lors des éventuelles
pannes.
5.2 La sécurité
Afin de respecter les règles de la SUVA et
nos propres standards, une chambre de
pression avec un «chamber master» sur
site est indispensable. La chambre de
compression la plus proche du chantie,r
située à Genève, ne peut pas être atteinte
quand il fait mauvais temps. Le médecin
hyperbare à Genève ainsi que la REGA
sont informés. Une place d’atterrissage
pour l’hélicoptère est définie.
5.3 L’équipe de scaphandriers
L’équipe est constituée comme suit: le
responsable de la mission, le superviseur
des scaphandriers, le chamber master,
248 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Figure 15. Tout ok.
trois scaphandriers et un scaphandrier
suppléant.
5.4 La journée typique des
scaphandriers
Vérification de la chambre de com -
pression
Contrôle de toutes les vannes, joints,
prises d’air de respiration, les moyens
de communication, les stocks en gaz
et les étanchéités des points d’accès
(trou d’homme) par le chamber
master.
Contrôle du répartiteur de gaz et
des moyens de communication,
de la surveillance par vidéo et du gaz
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de respiration par le superviseur des
scaphandriers.
Préparation de l’équipement des
scaphandriers et contrôle de l’équipement
de remplacement (quantité
et pression).
L’équipe de «surface» prépare tout
l’outillage prévu.
Briefing de l’équipe: organisation de
l’équipe de scaphandriers et du
scaphandrier de secours.
Pendant l’intervention du scaphandrier,
le scaphandrier de secours se
tient à disposition entièrement équipé
et prêt à intervenir.
A travers la ligne de vie (tuyaux
flexible) comprenant l’alimentation en
gaz de respiration, téléphone et lumière
ainsi que la mesure de la profondeur,
le superviseur est en contact permanant
avec le scaphandrier.
Scaphandrier No 1 est sous l’eau. Il
termine son intervention.
Le scaphandrier No 2 en stand-by
reprend la suite.
Le scaphandrier No 3 se met en standby.
Dès que le No 2 termine sa mission,
c’est le scaphandrier No 3 qui
démarre.
Le scaphandrier No 1 reprend le rôle
du scaphandrier de secours.
Les types de gaz de respiration utilisé
sont:
Nitrox 30/70% pour l’intervention pendant
les travaux. Pour la décompression à
partir d’une profondeur de 6 m, l’oxygène
à 100% est utilisé. Le temps maximal
d’intervention par scaphandrier avait
été limité à 60 minutes, afin de se laisser
la possibilité de faire intervenir le même
scaphandrier plusieurs fois.
5.5 Les conditions
météorologiques
On savait que ce chantier se réaliserait en
hiver. Par contre, de se retrouver en mars
avec des températures de –21 °C était
inhabituel. Le vent fort venant du Nord
ainsi que les chutes de neige aggravaient
encore cette situation. L’équipement de
plongée atteignait ses limites.
5.6 Les travaux
L’équipe avait accompli sa mission
grâce à son expérience professionnelle
et les exercices menés à sec avec plein
de succès. Malgré les conditions hors
du commun, tous les travaux à savoir
les inspections préalables, la prise des
mesures, le film, le nettoyage à haute
pression, la mise en place de l’obturateur ,
les forages ainsi que le démontage avaient
été effectués sereinement, en respectant
la sécurité et sans accident.
Adresse des auteurs
Florian Vuistiner
Chef de projet HYDRO Exploitation SA
Rue des Creusets 41, CH-1951 Sion (VS)
Tel. +41 (0) 27 328 44 11
vuf@hydro-exploitation.ch
Pierre Perrottet, Directeur
TSM Perrottet SA, Ch. de la Tour du Chêne 10,
CH-1786 Sugiez, Tel. + 41 (0)26 673 11 62
www.tsm-perrottet.com
Informations complémentaires:
www.alpiq.com
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HYDRO Exploitation SA, CP 750, CH-1951 Sion, Tél. +41 (0)27 328 44 11, Fax. +41 (0)27 328 44 12, www.hydro-exploitation.ch
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 249

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VS: Nr. 67, Der Schweizerische
Wasserwirtschaftsverband 1910–
2010, ein Portrait, von Dr. Walter
Hauenstein, 2010, 156 S. Format
17 × 24 cm, ISBN 978-3 85545-
155-5, CHF 40.–.
VS: Nr. 63, Wasserbauer und Hydrauliker
der Schweiz. Kurzbiographien
ausgewählter Persönlichkeiten,
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Hochwasser/Charriage et crues,
Vorträge in Biel, 1998, CHF 50.–.
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– Natur und Technik in einer
aufstrebenden Region, von Robert
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von Fliessgewässern/Protection
des rives et espace vital
nécessaire aux cours d’eau, 2001,
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Energie. Beiträge
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serkraftnutzung. Unterhalt und Modernisierung,
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www.wasserkraftwallis.ch.
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von Wasserkraftwerken, 1998,
Bernard Comte, CHF 120.–.
VS: Nr. 64, Ökologische (Teil A)
und technisch/ökonomische Qua -
litäten der Wasserkraft. ecoconcept
Zürich und Schnyder Ingenieure
AG, Ottenbach, CHF 40.–.
VS: Nr. 60, Externe Effekte der
Wasserkraftnutzung / Effets externe
de l’exploitation des forces
hydrauliques, 1999, CHF 50.–.
VS: Nr. 54, Directives pour l’exploitation
et la maintenance des
groupes hydroélectriques, 1995,
Bernard Comte, CHF 98.–.
250 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Politik
Bundesrat präzisiert Vollzug der kostendeckenden
Einspeisevergütung
Der Bundesrat hat einer Teilrevision der
Energieverordnung zugestimmt. Sie
beinhaltet Präzisierungen und Ergänzungen
für den praktischen Vollzug der
Kostendeckenden Einspeisevergütung
(KEV). Ausserdem werden die Regeln für
die Stromkennzeichnung verschärft, um
den Verbraucherinnen und Verbrauchern
mehr Transparenz über die Herkunft des
von ihnen konsumierten Stroms zu verschaffen.
Die Änderungen treten am
1. Oktober 2011 in Kraft.
Seit Anfang 2009 wird in der Schweiz
Strom aus erneuerbaren Energien mit der
Kostendeckenden Einspeisevergütung
(KEV) gefördert. Alle Stromkonsumentinnen
und -konsumenten bezahlen dafür
einen Zuschlag pro verbrauchte Kilowattstunde
Strom. Im Juni 2010 hatte das Parlament
mit der Änderung des Energiegesetzes
entschieden, dass der Bundesrat
diesen Zuschlag ab 2013 bedarfsgerecht
auf maximal 0.9 Rappen/kWh erhöhen
kann. Ab 2012 wird ausserdem ein neuer
Zuschlag von 0.1 Rappen/kWh zur Finanzierung
von Gewässerschutzmassnahmen
erhoben (Revision Gewässerschutzgesetz
vom Dezember 2009).
Die vorliegende Revision der Energieverordnung
setzt einerseits die erwähnten
Änderungen des Energie- und Gewässerschutzgesetzes
um. Andererseits umfasst
sie notwendige Präzisierungen und Ergän-
Nachrichten
Informationen aus der Wasser- und Energiewirtschaft
zungen für den Vollzug der KEV, die sich
nach zwei Jahren Praxiserfahrung ergeben
haben:
Der Zuschlag zur Finanzierung der
KEV und neu auch von gewissen Gewässerschutzmassnahmen
wird bedarfsgerecht
durch den Bundesrat
festgelegt. Der Bundesrat hat den Zuschlag
gemäss Artikel 15b Absatz 1
des Energiegesetzes auf derzeit insgesamt
0.45 Rappen/kWh festgesetzt.
Die Vergütungssätze für den produzierten
Strom können neu nicht mehr
nur jährlich sondern nötigenfalls auch
im Verlauf des Jahres angepasst werden.
Dies trägt der dynamischen Preisentwicklung
bei den einzelnen Technologien
Rechnung, insbesondere bei
der Photovoltaik.
Die revidierte Energieverordnung regelt
erstmals klar, wie Erneuerungen
oder Erweiterungen von Anlagen gehandhabt
werden müssen. Der Vergütungssatz
der erneuerten oder erweiterten
Anlage wird an die neue Gesamtstromproduktion
angepasst und
zwar zu den Vergütungssätzen der
neuen Leistungsklasse. Eine Ausnahme
bildet die Photovoltaik: Hier wird der
neue Vergütungssatz proportional aus
den Vergütungssätzen der ursprünglichen
und der neuen Leistung der
Anlage berechnet. Die Vergütungsdauer
entspricht in jedem Fall derjenigen
der ursprünglichen Anlage. Bei
grösseren Erweiterungen kann der
Anlageninhaber auch die gesamte
Anlage neu anmelden, so dass die Vergütungsdauer
neu beginnt, allerdings
zum neuen Vergütungssatz, der in der
Regel tiefer ist.
Die revidierte Energieverordnung legt
eine generelle Sanktionsmöglichkeit
bei verschuldetem Nichteinhalten der
Mindestanforderungen fest (temporäre
Herabsetzung der Vergütung auf
Marktpreis und Ausschluss aus der
KEV).
Zur Beurteilung der Standorteignung
von Anlagen erarbeitet das Bundesamt
für Energie (BFE) unter Einbezug
der Bundesämter für Umwelt (BAFU)
und Raumentwicklung (ARE) und unter
Anhörung der Kantone Empfehlungen,
insbesondere für die Kleinwasserkraft
und die Windenergie.
Neu kann sich das Bundesamt für Energie
für die Publikation von statistischen
Daten über die KEV auf eine
explizite Grundlage in der Energieverordnung
stützen. Für Auskünfte über
einzelne Anlagen gelten jedoch weiterhin
die Datenschutzbestimmungen.
Daneben umfasst die Revision der Energieverordnung
Anpassungen und Ergänzungen
zum Vollzug der wettbewerblichen
Ausschreibungen, die über den gleichen
Zuschlag wie die KEV finanziert werden,
sowie Ausführungsvorschriften für die
Globalbeiträge des Bundes an die Kantone
für Information und Beratung sowie
Aus- und Weiterbildung.
Nicht Gegenstand der vorliegenden Revision
sind die KEV-Vergütungssätze für die
einzelnen Produktionstechnologien und
Anlagentypen. Diese werden derzeit vom
Bundesamt für Energie überprüft. Allfällig
notwendige Anpassungen werden gegen
Ende des Jahres 2011 in die Anhörung geschickt.
Herkunftsnachweise und Stromkennzeichnung
Durchschnittlich 20% und in Einzelfällen
sogar über 90% des Stroms aus Schweizer
Steckdosen stammt aus «nicht überprüfbaren»
Energieträgern. Stromanbieter
müssen Anteile von über 20% bereits heute
gegenüber ihren Kundinnen und Kunden
begründen. Um die Transparenz über den
Energiemix weiter zu erhöhen, schreibt die
revidierte Energieverordnung neu vor, dass
die Anbieter alle vorhandenen Nachweise
verwenden müssen. Zudem müssen alle
Produktionsanlagen (Ausnahme: Kleinstanlagen
mit einer Anschlussleistung von
unter 30 kVA) ab 2013 im Schweizer Herkunftsnachweissystem
erfasst werden.
So wird gewährleistet, dass Nachweise
lückenlos verwendet werden und keine
Doppelzählungen erfolgen. Das zuständige
UVEK hat in diesem Zusammenhang
auch mehrere Punkte der Verordnung über
den Nachweis der Produktionsart und der
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 251

Nachrichten
Herkunft von Elektrizität (HKNV) revidiert.
Die revidierte HKNV tritt gleichzeitig mit
der revidierten Energieverordnung per
1. Oktober 2011 in Kraft.
Weitere Informationen:
Sabine Hirsbrunner, Kommunikation BFE
Der Anhörungsbericht und die revidierte
Energieverordnung können auf der Webseite
des BFE heruntergeladen werden:
www.bfe.admin.ch
Vollzugshilfen für die Umsetzung der
Änderung des Gewässerschutzgesetzes
2011
PFA. Seit Änderung des Gewässerschutzrechts
des Bundes im Bereich Renaturierung
(Inkrafttreten der Gesetzesänderung
am 1.1.2011 und der Verordnungsänderung
am 1.6.2011) sind die
Bundesbehörden aktuell mit der Ausarbeitung
von Vollzugshilfen in den verschiedenen
Bereichen beschäftigt. Dazu
wurde auch ein eigenes Internetportal
eingerichtet.
Aus Anlass des Inkrafttretens der revidierten
Gewässerschutzverordnung hat
das BAFU eine eigene, auf den Vollzug
der Renaturierung der Gewässer ausgerichtete
Internetseite «Vollzug Renaturierung
der Gewässer» (www.bafu.admin.
ch/Vollzug-Renaturierung) aufgeschaltet.
Dadurch bietet das BAFU vor allem den
Kantonen fachliche sowie kommunikative
Hilfestellung beim Vollzug der Renaturierung
der Gewässer.
Auf dem Portal werden den Vollzugsbehörden
mit der modular aufgebauten Vollzugshilfe
«Renaturierung der Gewässer» Umsetzungshilfen
für die neuen gesetzlichen
Bestimmungen in GSchG und GSchV zur
Verfügung gestellt. Weitere Fachinformation
über die Renaturierung der Gewässer,
welche nicht im direkten Zusammenhang
mit dem Vollzug stehen, sowie weitere
wasserwirtschaftliche Themen sind nicht
Bestandteil dieses Portals.
Die Vollzugshilfe «Renaturierung der
Gewässer» ist in verschiedene Module
gegliedert. Sie beinhaltet Module zur strategischen
Planung, zur Umsetzung der
Massnahmen, zur Finanzierung und zu
den Anforderungen an Daten. Für einzelne
Bereiche werden gute Beispiele zusammengestellt
und unter der Rubrik Publikationen
als weitere unterstützende Dokumente
zur Vollzugshilfe angeboten.
Erste drei Module in Anhörung
Entwürfe von drei Modulen der Vollzughilfe
«Renaturierung des Gewässer» wurden im
Juni 2011 auf dem Internetportal aufge-
schaltet und sind aktuell in der Anhörung,
es sind dies die Module:
«Sanierung bei Schwall und Sunk:
Strategische Planung»
«Wiederherstellung der Fischwanderung:
Strategische Planung»
«Revitalisierung von Fliessgewässern:
Strategische Planung»
Neue Dokumente, Aktualisierungen sowie
weitere relevante Informationen zum Vollzug
der Renaturierung der Gewässer werden
laufend aufgeschaltet und mit einem
e-Newsletter bekannt gemacht. Der Newsletter
kann abonniert werden mit E-Mail
unter Angabe von Name, Vorname und
vollständiger Postadresse an: wasser@
bafu.admin.ch (Betreff: Newsletter Renaturierung
der Gewässer).
Weitere Informationen: BAFU, Rémy Estoppey,
Chef Sektion Oberflächengewässer
Morphologie und Wasserführung (Abt.
Wasser).
Die Stellungnahme des SWV zu den Anhörungsentwürfen
der Vollzugshilfe kann
auf der Webseite des SWV eingesehen
werden: www.swv.ch/Downloads.
Wasserkraftnutzung
Spatentstich für Neubau Wasserkraftwerk
Hagneck
Die Bielersee Kraftwerke AG, die je zur
Hälfte im Besitz der Stadt Biel und der
BKW FMB Energie AG ist, hat Ende Juni
2011 den offiziellen Spatenstich für den
Das bestehend Kraftwerk Hagneck mit Wehr und Zentrale.
Das geplante Umgehungsgerinne.
Neubau des Wasserkraftwerks Hagneck
vollzogen. Mit den Installationsarbeiten
für den Bauplatz wurde Anfang Juli begonnen.
Nach rund vierjähriger Bauzeit
wird die Anlage Mitte 2015 die lokale
Stromproduktion um 35 Prozent, von 80
Gigawattstunden (GWh) auf 108 GWh, erhöhen.
Damit leistet das Wasserkraftwerk
Hagneck einen wichtigen Beitrag zur Versorgung
der Region Seeland mit einheimischer
und erneuerbarer Energie.
Der Neubau wird das bestehende, über
100-jährige Wasserkraftwerk durch ein
neues Wehr mit integrierter Kraftwerksanlage
im Aarelauf ersetzen. Eine wichtige
Erneuerung wird die Erhöhung der
Abflusskapazität des neuen Wehres sein.
Diese ermöglicht das gefahrlose Ableiten
der grössten zu erwartenden Hochwasser.
Mit dem erneuerten, modernen Kraftwerk
wird die Produktion ohne Nachteil für die
Umwelt um 35% erhöht. Damit wird eine
maximale Energieeffizienz unter zeitgemässen
ökologischen Bedingungen erreicht.
Im Herbst 2009 wurde ein öffentlicher Gestaltungswettbewerb
ausgeschrieben,
aus welchem als Sieger das Projekt «Tiefgang»
des Teams Penzel, Valier und Vogel
hervorging. Das Vorhaben wird die Energieeffizienz
des Kraftwerks verbessern
und das umliegende Gelände mit diversen
Massnahmen ökologisch aufwerten. Zu
den Wichtigsten gehört die Verbesserung
der Fischwanderung: Dank zwei naturnahen
Gerinnen mit zusätzlichen Lockströmungen,
werden die Fische in die «richtige
Bahn» gelenkt. Weiter wird der bestehende
Unterwasserkanal umgestaltet und
252 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

enaturiert, so dass ein neuer Auenwald
entsteht.
Der Betrieb des bestehenden Kraftwerks
wird während der gesamten Bauzeit unverändert
aufrecht erhalten. Das neue
Kraftwerk wird voraussichtlich ab Mitte
2015 rund 27 000 Haushalte mit Strom aus
erneuerbarer Energiequelle versorgen. Die
Investitionskosten belaufen sich auf rund
CHF 150 Mio.
Weitere Informationen:
Bielersee Kraftwerke AG, c/o BKW FMB
Energie AG
www.bielerseekraftwerke.ch
Wasserkraftwerk Taschinas nach plangemässer
Fertigstellung am Netz
Das neue Wasserkraftwerk Taschinas im
vorderen Prättigau ist seit Anfang Juni
2011 am Netz. Der Bau der Anlage konnte
plangemäss und erfolgreich abgeschlossen
werden. Das neuste Kraftwerk im Repower-Anlagenpark
produziert pro Jahr
rund 41 Millionen Kilowattstunden Strom
– das entspricht etwa dem Bedarf von
10 000 Haushaltungen.
Nach einer längeren Phase der Entscheidfindung,
Projektierung und Bewilligung
konnte Repower im November 2008 mit
dem Bau des Kraftwerks Taschinas beginnen.
Vor wenigen Wochen wurden nun
die Bauarbeiten an den zentralen Teilen
der Anlage abgeschlossen, und dieser
Tage ging das Kraftwerk ans Netz. Projektleiter
Marcus Alig: «Die Bauarbeiten
gingen plangemäss, reibungslos und unfallfrei
vonstatten.» Nach dem erfolgreich
abgeschlossenen Probebetrieb, in dem im
April und Mai 2011 alle Komponenten den
notwendigen aufwändigen Funktions- und
Sicherheitstests unterzogen wurden, produziert
das Kraftwerk jetzt regulär Strom.
Repower investierte rund 60 Millionen
Franken in das Kraftwerk Taschinas.
Strom aus Wasserkraft für etwa 10 000
Haushaltungen
Fassung beim KW Taschinas (Quelle: repower).
Das Kraftwerk Taschinas nützt das Gefälle
des Taschinasbachs zwischen dem
Zusammenfluss des Canibachs mit dem
Valserbach und Grüsch. Das Einzugsgebiet
beläuft sich auf rund 48 Quadratkilometer.
Das auf einer Höhe von rund
1028 m ü.M. gefasste Wasser wird über
einen Druckstollen von 3.2 km Länge und
eine Druckleitung von 1.7 km Länge in die
unterirdische Zentrale geführt und dort turbiniert.
Die Zentrale befindet sich bei Grüsch auf
Gemeindegebiet von Seewis im so genannten
Burgfelsen (Burg Solavers). Die
50-kV-Energieableitung erfolgt unterirdisch,
der Strom wird im bestehenden
Unterwerk Vorderprättigau ins Netz eingespiesen.
Die installierte Leistung beträgt
11.5 Megawatt. Damit werden pro
Jahr rund 41 Millionen Kilowattstunden
Strom produziert werden können – das
entspricht dem Bedarf von etwa 10 000
Haushaltungen.
Das Kraftwerk Taschinas auf einen
Blick:
Auslegungswassermenge 3.5 m 3 /s
Länge Druckleitung 1700 m
Durchmesser Druckleitung 1.0 bis 1.1 m
Länge Druckstollen 3200 m
Durchmesser Druckstollen 4.1 m
Fassungskote 1028 m ü.M.
Kote Turbinenachse 640 m ü.M.
Bruttogefälle 379 m
Speichergrösse 25 000 m 3
Investitionskosten ca. CHF 60 Mio
Maschinenleistung 11.5 MW
Jährliche Produktion 41 Mio kWh
Energieableitung 50 Kv
Einzugsgebiet ca. 48 km 2
Baubeginn November 2008
Bauabschluss Sommer 2011
Wichtiges Element der Wasserkraftnutzung
im Prättigau
Für Repower bedeutet die Anlage eine
wichtige Ergänzung ihres einheimischen
Kraftwerkparks. Felix Vontobel, Stv.CEO
und Leiter Anlagen: «Das Kraftwerk Taschinas
belegt eindrücklich, dass es mög-
lich ist, die Nutzung der einheimischen
Wasserkraft mit ökonomisch sinnvollen
und ökologisch verträglichen Projekten
weiterzuentwickeln». Repower nutzt die
Wasserkraft im Prättigau bereits in den
bestehenden Zentralen Klosters, Schlappin
und Küblis und betreibt zudem das
Kleinkraftwerk Wuorweg in Grüsch. Diese
Anlagen werden laufend den neusten Anforderungen
angepasst. So wurde erst
2010/2011 der Druckstollen, über den das
Wasser vom Davosersee zum Kraftwerk
Klosters geführt wird, umfassend saniert.
Und das Kraftwerk Küblis unterzog Repower
vor einigen Jahren einer umfassenden
Erneuerung. Parallel dazu wurden im Kraftwerksgebäude
auch neue Büros und Magazine
erstellt. Repower arbeitet zudem
derzeit am Projekt Chlus, das die Nutzung
der untersten Stufe im Prättigau zwischen
Küblis, der Chlus und dem Rhein vorsieht.
Ende 2011 oder Anfang 2012 wird die Fertigstellung
des Konzessionsprojektes erwartet.
Weitere Informationen:
Repower, Felix Vontobel, Stv. CEO, Leiter
Anlagen, CH-7742 Poschiavo
www.repower.com
Umwelt
Umweltzustand Schweiz: Erfolge und
Herausforderungen
Vor dem Jahr 2000 wurden im Umweltbereich
zahlreiche Fortschritte gemacht.
Seither gab es gewisse Verbesserungen,
jedoch konnten bei Kernthemen wie Klimawandel
oder Erhalt der Biodiversität
die Ziele nicht erreicht werden. Im Inland
steigt der Druck auf die Umwelt weiter an
– wenn für manche Bereiche seit einigen
Jahren auch etwas abgebremst. Mit den
wachsenden Materialimporten nehmen
die Auswirkungen im Ausland an Bedeutung
zu. Das zeigt der Bericht «Umwelt
Schweiz 2011», der gemeinsam vom Bundesamt
für Umwelt (BAFU) und dem Bundesamt
für Statistik (BFS) erarbeitet wurde
(vgl. dazu auch die Rubrik neue Literatur).
Im Umweltbereich wurden im Verlauf der
vergangenen Jahrzehnte zahlreiche Fortschritte
erzielt: Die Immissionsgrenzwerte
der meisten Luftschadstoffe werden heutzutage
eingehalten, und die Qualität der
Oberflächengewässer sowie des Grundwassers
ist im Allgemeinen gut. Insgesamt
ist die Umweltbelastung durch Schwermetalle,
Dioxine, polychlorierte Biphenyle
(PCB) und persistente organische Schad-
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 253
Nachrichten

Nachrichten
stoffe (POPs) zurückgegangen, und die
Sanierung der Altlasten schreitet voran.
Wie der Bericht aber auch zeigt, wurden die
grössten Fortschritte – wie z.B. der Rückgang
der Emissionen von Schwefeldioxid
(SO 2 ) oder die Abnahme des Phosphorgehalts
in Oberflächengewässern – vor
dem Jahr 2000 erzielt. Seither hat sich die
Situation in manchen Bereichen nicht wesentlich
verbessert. So werden die Immissionsgrenzwerte
von Feinstaub (PM10),
Ozon (O 3 ) und Stickstoffdioxid (NO 2 ) nach
wie vor regelmässig und teilweise deutlich
überschritten. Oder in Gewässern lassen
sich noch immer Mikroverunreinigungen
wie Rückstände von Pflanzenschutzmitteln,
Medikamenten oder Reinigungsmitteln
nachweisen.
Klimawandel und Biodiversität bleiben
Herausforderungen
Bei Kernthemen wie dem Klimawandel
oder dem Erhalt der Biodiversität konnten
die Ziele bisher nicht erreicht werden. Die
von der Schweiz im Rahmen des Kyoto-
Protokolls eingegangene Verpflichtung,
die Treibhausgasemissionen im Durchschnitt
der Jahre 2008 bis 2012 um mindestens
acht Prozent gegenüber 1990
zu reduzieren, wurde bisher nicht erfüllt.
Hauptursache für die Treibhausgasemissionen
ist die Verbrennung fossiler Energieträger.
Zwischen 1990 und 2009 ist der
Verbrauch von Erdölbrennstoffen um 23
Prozent zurückgegangen. Der Verbrauch
von Treibstoffen hingegen hat in derselben
Periode um knapp 16 Prozent und derjenige
von Erdgas um rund 68 Prozent zugenommen.
Beim Erhalt der Biodiversität konnte der
Verlust an Tier- und Pflanzenarten und der
Rückgang ihrer Lebensräume nicht gestoppt
werden. Verantwortlich dafür sind
vor allem die wachsenden Siedlungsflächen,
die zunehmende Bodenversiegelung
und Zerschneidung der Landschaften,
aber auch die intensive Landwirtschaft.
Zumindest wurden in jüngster Zeit drei
regionale Naturpärke und ein Naturerlebnispark
ausgeschieden.
Auswirkungen im Ausland
Jüngste Zahlen zeigen, dass der Druck
auf die Umwelt in manchen Bereichen weniger
stark zunimmt als noch vor einigen
Jahren. Dies trifft insbesondere für die
Zersiedelung der Landschaften zu. Aber
auch der Anstieg des Energieverbrauchs
und die Zunahme der Menge verbrannter
Siedlungsabfälle haben sich verlangsamt
(für das Total der Siedlungsabfälle trifft das
nicht zu). Allerdings haben Produktion und
Konsum oftmals auch Auswirkungen im
Ausland: beispielsweise beim Abbau von
Rohstoffen, bei der Herstellung von Produkten
oder beim Transport. Diese «indirekte»
oder «versteckte» Belastung gewinnt
angesichts der zunehmenden Importe
immer mehr an Bedeutung. In den
letzten Jahren wurden um die 70 Prozent
des Schweizer Materialbedarfs vom Ausland
gedeckt – Tendenz steigend.
Weitere Informationen:
Christine Hofmann, stellvertretende Direktorin
des Bundesamts für Umwelt BAFU,
Tel. +41 (0)31 322 90 00
Verena Hirsch, BFS, Sektionschefin Kommunikation,
Tel. +41 (0)32 713 61 29
Bestellung: Vgl. Rubrik Publikationen.
Rückblick
Veranstaltungen
Rückblick AGAW-Workshop Fische und
Wasserkraft
Von Lutz Fleischer/Pfa
Auch beim 14. Workshop Fische und
Wasserkraft der Arbeitsgemeinschaft Alpine
Wasserkraft (AGAW) ist das Thema
Durchgängigkeit weiterhin brandaktuell.
Der 14. Workshop «Fische und Wasserkraft»
der Arbeitsgemeinschaft Alpine
Wasserkraft (AGAW) wurde im Walchensee-Kraftwerk
durch Bernhard Kalusa
als Vertreter des «Hausherrn», der E-ON
Wasserkraft GmbH, eröffnet. Mit einigen
Eckdaten stellte er das Unternehmen
vor: gut 6000 MW, rund 3000 davon in
Deutschland, in 212 Wasserkraftwerken
mit einer Regelerzeugung von insgesamt
fast 20 TWh in Schweden, Spanien, Italien
und natürlich Deutschland (110 Anlagen).
Nicht alle haben Fischaufstiegsanlagen, so
dass die Wasserhaushaltsgesetzgebung
zu Nachrüstungen drängt. Im Einflussgebiet
der E-ON ist auch der Rhein-Main-
Donau-Kanal, als Bundeswasserstrasse
ist hier allerdings der Bund für Fischaufstiege
zuständig.
Österreichischer Leitfaden zum Bau von
Fischaufstiegshilfen
Dr. Otto Pirker, Verbund Hydro Power AG,
berichtete über den in Österreich vom Lebensmittelministerium
in Auftrag gegebenen
Leitfaden zur Umsetzung der EU-
Wasserrahmenrichtlinie. Ziele des Leitfadens
sind die Bestimmung des Standes
der Technik für die Planung und den Bau
von Fischaufstiegshilfen, die Planungssicherheit
für Anlagenbetreiber, Planer und
Behörden und die Gewährleistung der
Funktionsfähigkeit von Fischaufstiegshilfen.
Für die Erarbeitung sollen bestehende
Grundlagen, vorhandenes Wissen und
Ersatzlebensräume durch neue Uferstrukturen im Stauraum Aschach (Quelle:
R. Renner).
254 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Luftaufnahme des Wehrs Albbruck-Dogern mit dem neuen Umgehungsgewässer
(Quelle: N. Schneiderhahn, Radag).
neue Erkenntnisse von österreichischen
und internationalen Experten, vorhandenes
Monitoring von Daten und Studien
sowie nationale und internationale Richtlinien
berücksichtigt werden. Dabei geht es
grundsätzlich um eine Konzentration auf
den Fischaufstieg bei kleinen und mittleren
Gewässern, nicht für die Donau. Den
Stand der Arbeiten skizzierte Pirker mit folgenden
Eckdaten: Auftrag für das Grundlagendokument
durch das Lebensmittelministerium
im September 2008 an das
Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement;
Bildung einer Arbeitsgruppe
für Fischaufstiegshilfen. Ein erster Entwurf
wurde im Mai 2010 vorgelegt und mit den
Beteiligten diskutiert. Hierbei konnten
Futterplatz
Wanderkorridor
Reproduktion
Wanderung der Seeforelle am Alpenrhein (Quelle: R. Mendez,
Axpo).
die Wasserkraftbetreiber Änderungsvorschläge
und ihre Position einbringen. Bereits
in diesem Stadium wurde der Entwurf
des technischen Berichts als «Leitfaden»
von den Behörden benutzt. Im März 2011
wurde ein zweiter Entwurf vorgelegt, der
als Grundlage für den Leitfaden dienen
soll. Eine Veröffentlichung des Leitfadens
wurde immer wieder aufgeschoben.
Um die Sichtweise der Wasserkraftbetreiber
zu unterstreichen, wurden Kurzgutachten
beauftragt. Ein fischökologischer
Kommentar und Gegenüberstellung mit
dem DWA-Markblatt M-509, eine Beurteilung
aus technisch-hydraulischer Sicht.
Hinsichtlich der Beckendimensionierung
gibt es Kritikpunkte im Vergleich zu
DWA-M-509. Nicht
die Lockströmung
sondern die Lage
des Einstiegs ist für
die Auffindung aus-
schlaggebend. Da der Fischabstieg nicht
Stand der Technik ist, sollte er im Leitfaden
nicht thematisiert werden.
Abschliessend wies Pirker auf die Auswirkungen
des Leitfadens auf die Energiewirtschaft
hin. Je nach «verordneter»
Restwassermenge und Durchgängigkeit
kann es zu Erzeugungseinschränkungen
bis zu 2 TWh/pro Jahr kommen.
Lebensraumverbesserung Stauraum
Aschach an der Donau
Auf die Lebensraumverbesserung durch
Strukturmassnahmen im Stauraum Aschach
ging Roswitha Renner in ihrem Referat
mit besonderer Betrachtung der Anlandungsprobleme
ein. An zahlreichen
Beispielen zeigte sie, wie das gewonnene
Feinsegment zum Bau von Biotopen im
Uferbereich verwendet wurde.
Ziel war es, durch die neuen Uferstrukturen
Ersatzlebensräume zu schaffen. Anlandungen
im Flussbereich unter und über der
Wasseroberfläche, mit und ohne Sicherung
gegen Wellenschlag mittels Weidengeflecht
führten nicht zu befriedigenden
Ergebnissen. Erst solidere Massnahmen
mit Verwendung von Bruchschutt gegen
das Ausschwemmen der Feinsegmente
und Bildung von Biotopen waren erfolgreich.
Dadurch entstand ein Vorland auf
der Anlandung, der natürliche Bewuchs
war erfolgversprechend. Der Einsatz grosstechnischer
Anlagen zur Bildung von Inselbiotopen
war dabei unumgänglich. Seit
1977 wurden so zahlreiche Biotope in den
Donauwindungen errichtet. Allerdings verursachte
das Hochwasser 2002 grosse
Schäden, da die Donau Biotope wegriss
und nur die Schotterbänke übrig blieben.
Aber auch im reduzierten Zustand bieten
die Biotope eine wesentliche Bereicherung
von Fauna und Flora.
Projektidee für eine verschliessbare Kammer vor dem Bypassrohr
(Quelle: R. Mendez, Axpo).
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 255
Nachrichten

Nachrichten
Detaillierte Strömungsanalysen zur Verbesserung der Wirksamkeit von Aufstiegsanlagen (Quelle: K. Seifert, Büro für Naturschutz).
Umgehungsgewässer Albbruck-Dogern
In Wort und Bild gab Norbert Schneiderhan,
Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern,
einen Erfahrungsbericht über die Fischaufstiegsanlage
beim Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern.
Kernstück der zahlreichen
ökologischen Massnahmen der Radag ist
ein gut 800 Meter langes und zwischen
sieben und 15 Meter breites naturnahes
Umgehungsgewäs ser (vgl. Bild 2).
Das Besondere an der neuen Fischaufstiegshilfe,
die nicht nur Lachsen den
Weg flussaufwärts ermöglicht, ist die sogenannte
Collection Gallery. Dabei handelt
es sich um eine europaweit in dieser
Grösse bislang einmalige Anlage. Fische,
die sich am Turbinenauslauf befinden,
werden durch diesen Kanal um das Wehrkraftwerk
herum kurzerhand ins Umgehungsgewässer
geleitet.
Eindrucksvoll waren die Ergebnisse von
Fischzählungen am Kanalkraftwerk und
am Wehrkraftwerk mit rund 1150 Fischen
pro Jahr bzw. 2626 Fischen pro Jahr mit
22 bzw. 26 Arten. Im April 2010 erfolgte
ein Massenaufstieg, der die Zählanlagen
überforderte.
Forschungsprojekt Fischabstieg für
Aare-Rheinkraftwerke
Über das Studienprojekt «Fischabstieg»,
Konzept und Zielsetzungen des Verbands
Aare-Rheinwerke (VAR), berichtete Peter
Hässig, BWK FMB Energie AG. Zweck dieser
Untersuchung ist eine Unterstützung
für Öffentlichkeitsarbeit mit dem Ziel der
Förderung des Verständnisses für Anlieger
der Wasserkraftwerke. Ziel ist aber auch
die Schaffung einer Plattform für Informationstransfer
und Erfahrungsaustausch. Angestrebt
wird die Mitarbeit an Ausbau und
Umsetzung der Gesetzgebung in Arbeitsgruppen,
durch Stellungnahmen und ge-
zielte Informationen. Auslöser für das Projekt
war ein revidiertes eidgenössisches
Gewässerschutzgesetz mit Forderungen
bezüglich Fischdurchgängigkeit bei Neukonzessionierungen
und Ökostromzertifizierungen.
Auch sollte das Image «grüne»
Wasserkraft gestärkt werden. Finanziert
wird das Projekt mit CHF 500 000 vom
Verband Aare-Rheinwerke und Mitgliedsfirmen
sowie dem swisselectric research.
Vertragspartner sind die ETH Zürich, Versuchsanstalt
Wasserbau, Hydrologie und
Glaziologie, die Eidgenössische Anstalt für
Wasserversorgung, Abwasserreinigung
und Gewässerschutz sowie der Verband
Aare-Rheinwerke. Zum Massnahmenkatalog
zählt ein umfangreiches Literaturstudium
und die nähere Untersuchung einer
bestehenden Anlage in Kanada sowie ein
physikalisches Modell bei der ETH. Die
einzelnen Massnahmen werden sich bis
in das Jahr 2014 erstrecken. Ein umfangreicher
Betreiberfragebogen begleitet das
Aufstiegsanlage am Wehr Schönmühl/Loisach (Quelle: E-ON).
Projekt.
Fischwanderung beim Kraftwerk Reichenau
am Alpenrhein
Über Untersuchungen zu Wanderungen
der Seeforelle im Alpenrhein beim Kraftwerk
Reichenau berichtete Ricardo Mendez,
Axpo AG. Die Seeforelle wandert bekanntermassen
vom Futterplatz Bodensee
zur Reproduktion bis hinauf in den Vorderrhein.
Das Kraftwerk Reichenau liegt auf
dieser Wanderroute (vgl. Bild 3).
Beim Bau der Fischtreppe im KW Reichenau
im Jahr 2000 wurde gleichzeitig
ein neuer Einlaufrechen in den Oberwasserkanal
installiert. Der fälschlicherweise
zu enge Stababstand von 60 mm hindert
rückwandernde Seeforellen, die zwischen
60 und 75 cm lang sind, am Passieren
des Kraftwerks. Anstelle eines Ersatzes
des fehlerhaften Rechens wurde ein Forschungsprojekt
mit CHF 400 000 für einen
Fischauf-/-abstieg in die Wege geleitet.
Geprüft werden soll ein Bypass an der Zen-
256 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

trale des Kraftwerks mittels Rohrdurchlass
durch einen bestehenden, aber nicht benutzten
Nebenauslass.
Mendez berichtete mit unterstützenden
Bildern über verschiedene Möglichkeiten,
wie die Fische in den Rohrdurchlass gelockt
werden sollen. Da der einfache Rohrdurchlass
aus verschiedenen Gründen
nicht erfolgsversprechend war, wurde die
Erstellung einer verschliessbaren Kammer
vor dem Bypassrohr mit verschiedenen
Einstiegshöhen und einer langsamen Entleerung
der Kammer projektiert. Aktuell
zeigen die Resultate, dass die beschriebene
verschliessbare Kammer technisch
machbar ist und eine Durchgängigkeit
für Seeforellen mit einer geringen Verletzungswahrscheinlichkeit
gegeben ist.
Untersuchungen zur Aalwanderung am
Rhein
Von einem interessanten Projekt der EDF
(Electricité de France) berichtete Jacky
Letzter. Um die Überlebenschancen des
Aals beim Passieren der Turbinen in den
Rheinkraftwerken zu beziffern, hat die EDF
ein interessantes Forschungsprogramm
realisiert. Beginnend mit einer Untersuchung
der Mortalität an einer vierflügligen
Kaplanturbine wurden mehrere Messstellen
vor und im Rheinseitenkanal bzw. den
in Rheinschlingen angelegten Kraftwerken
eingerichtet. In mehreren Untersuchungsphasen
wurden Aale gefangen, mit Sendern
und farbigen Ballons markiert, in verschiedenen
Wassertiefen ausgesetzt und durch
die Turbinen geschickt. Der Versuch an der
Anlage in Fessenheim im November 2009
ergab dabei folgendes Ergebnis: von 350
Aalen mit einer Länge von 750 mm gingen
280 durch die Turbinen. 70 wurden danach
gefangen und kontrolliert. Die Mortalitätsrate
betrug (in 48 Stunden) 7.4% ± 3.6%.
Eine normierte Prognose von ONEMA (Office
national de l’eau et des milieux aqualiques)
nent 15–16% Mortalität.
Optimierung der Leitströmung für Fischaufstiege
Dr. Seifert vom Büro für Naturschutz
stellte seine Arbeiten zur Optimierung der
Leitströmung an der Isarstufe Gottfrieding
vor. Ziel war es, an diesem 30 Jahre alten
Kraftwerk die beste Positionierung für den
Einstieg zum Fischaufstieg zu finden. Mit
Hilfe eines Unterwassermodells, aufgenommen
mit Sonar- und Ultraschalltechnik,
wurden die Verhältnisse am Auslauf
des Kraftwerks nachgebildet. Der Weg der
Fische war zu bestimmen – am Rand oder
direkt im Wanderkorridor an der Uferseite
der Hauptströmung des Wanderkorridors
oder auf der Kraftwerksseite bei kombinierten
Wehr-/Kraftwerksanlagen. Als
beste Lösung ergab sich die Positionierung
am Ende des Saugschlauchs auf der Kraftwerksseite.
Weitere Untersuchungen galten
der Gestaltung von Eingang und Ausgang
bei einer Abflussmenge von 0.5 m 3 /s
und einer Zusatzdotation von 1.1 m 3 /s –
die sich aber bei diesen Bauwerken eher
als kontraproduktiv auswirkte. Bei 89 Ausleerungen
der eingesetzten Reuse wurden
am 4.10.2010, 14 596 Individuen, darunter
22 Fischarten, gezählt.
Der Referent der Bayerischen Elektrizitätswerke,
Ralf Klocke, unterstrich die Bedeutung
rechtzeitig und gut geplanter Kommunikation
mit allen betroffenen Gremien
und Institutionen von Ökologie und Hochwasserschutz
beim Erhalt und Ausbau der
Wasserkraft. Da Kraftwerksgebiete heute
weitgehend als FHH-Gebiete ausgewiesen
seien, müssen die Gesprächspartner bei
Bauvorhaben klug ausgewählt und auch
die Zuständigen für die Durchsetzung der
WRRL hinzugezogen werden.
Hauptziele sind Gewässerstruktur-Verbesserungsmassnahmen,
ein Untersuchungsprogramm
zur Fischbestandsentwicklung,
die Errichtung weiterer Fischaufstiegsanlagen,
Forschungsprojekte zum
Fischaufstieg beim Kraftwerk Altenstadt
(UIAG) mit den Fischereibehörden, Fragen
der Lockströmung sowie die Auenbewässerung
und Überlegungen zu Fischbesatz/
Gewässerstruktur. In einem ersten Paket
der strategischen Schwerpunkte sollen
2011 Fischaufstiegsanlagen und Gewässerstruktur-Verbesserungsmassnahmen
an fünf Günz-Staustufen realisiert werden.
Im Anschluss an die Vortragsveranstaltung
bestand die Möglichkeit, das Walchenseekraftwerk
oder die Fischaufstiegsanlage
am Wehr Schönmühl/Loisach zu besichtigen.
Die Workshop-Reihe «Fische und Wasserkraft»
der AGAW wird weitergeführt. Die
15. Ausgabe wird vorausschtlich 2012 in
der Schweiz durchgeführt werden.
9. Doktorandenworkshop zur hydrologischen
Modellierung (AG HYDMOD) in
Bern, 28.–30. April 2011
Wie können abflussbildende Prozesse mit
einem hydrologischen Modell möglichst
realistisch nachgebildet werden? Wie kann
die Kalibrierung von Modellen verbessert
werden, um auch für zukünftige Klimabedingungen
robuste Modellparamater zu
bestimmen? Wie können die Unsicherheiten,
die mit jeder Art der Modellierung
einhergehen, beziffert und transparent
Ausleitbauwerk und Geschieberückhalt.
Hochwasserschutzmassnahmen am
Glyssi bach, Schwanden bei Brienz (Foto:
Viviroli 2011).
kommuniziert werden? Die über 40 Teilnehmenden
aus Deutschland, Österreich
und der Schweiz haben am 28. und 29.
April 2011 in der Universität Bern intensiv
über diese und andere Fragen im Rahmen
des jährlichen Doktorandenworkshops zur
hydrologischen Modellierung (AG HYD-
MOD) diskutiert und mögliche Lösungswege
vorgeschlagen. Der Workshop ist
eine Fachtagung zur Modellierung hydrologischer
Systeme im weitesten Sinne und
richtet sich explizit an Nachwuchsforscher
der Doktorats- und Masterstufe. Die von
allen Teilnehmenden geschätzte ungezwungene
Atmosphäre bietet den Raum,
nicht nur das eigene Forschungsprojekt
vorzustellen, sondern auch Probleme zu
diskutieren und kreative Lösungsansätze
zu entwickeln. Dies zeichnet diese Vortragsveranstaltung
aus.
Erstmalig konnten die Teilnehmenden in
diesem Jahr die Theorie und deren Übertragbarkeit
auf die Praxis auf einer Exkursion
unmittelbar überprüfen. Durch
die hydrologische Modellierung sollten
immer auch Empfehlungen für praktische
Anwendungen und Fragestellungen gegeben
werden, wie z.B. für den Hochwasserschutz
oder das Abschätzen des zukünftigen
Wasserdargebots für die Hydroenergieproduktion.
Auf der Feldexkursion
in das Grimselkraftwerk und nach Brienz,
wurden die für Hochwasserschutzmassnahmen
und Wasserkraft relevanten Fragestellungen
mit Experten vor Ort erörtert.
Dabei wurde unter anderem deutlich, welchen
Stellenwert der Praxisbezug in der
Wissenschaft hat.
Die 10. AG HYDMOD findet im Frühjahr
2012 an der Friedrich-Schiller-Universität
Jena statt.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 257
Nachrichten

Nachrichten
Veranstaltungen
Hochwasserschutz
KOHS-Weiterbildungskurse 3. Serie
Gefahrengrundlagen und Hochwasserbewältigung
Lenzburg, 17./18. November 2011
Die Kommission Hochwasserschutz
(KOHS) des SWV startet zusammen mit
dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) eine
dritte Serie von Weiterbildungskursen.
Thema der Kursserie ist die Bewältigung
von Hochwasserereignissen, beginnend
mit den für die Notfallplanung benötigten
Gefahrengrundlagen über die Schwachstellenanalyse
bis hin zu Sofortmassnahmen
während und nach einem Ereignis.
Die zentralen Elemente der Hochwasserbewältigung
werden von ausgewiesenen
Fachleuten präsentiert und in Workshops
diskutiert.
Die KOHS und das BAFU leisten mit diesem
Kurs einen weiteren Beitrag für die Qualitätssicherung
im Hochwasserschutz. Der
Kurs richtet sich an Fachleute von Ingenieur-
und Beratungsunternehmen sowie
von kantonalen Verwaltungen.
Kurssprache
Der Kurs in Lenzburg wird in deutscher
Sprache durchgeführt (Kurse in französischer
Sprache werden folgen).
Kurskosten
Mitglieder SWV/VIB CHF 650.–.
Nichtmitglieder SWV/VIB CHF 750.–.
Inkl. Kursunterlagen, Verpflegung 1. Tag
Mittag und Abend sowie 2. Tag Mittag,
Pausenkaffee, Transporte für die Exkursion;
exkl. 8% MWSt. und allfällige Übernachtungskosten.
Programm
Der diesem Heft beiliegende Flyer, der
auch als Download auf unserer Webseite
www.swv.ch erhältlich ist, informiert über
das detaillierte Programm.
Anmeldung
Anmeldungen sind ab sofort möglich. Bitte
ausschliesslich einfach und bequem über
die Webseite des SWV: www.swv.ch.
Die Teilnehmerzahl ist auf 25 Personen
beschränkt. Die Berücksichtigung erfolgt
entsprechend dem Eingang der Anmeldungen.
Fachtagung Wasserkraft
Die Rolle der Wasserkraft in der Energiestrategie
2050
Solothurn 24.11.2011
An dieser gemeinsam von der Stiftung
Umweltschutz Schweiz und dem SWV
durchgeführten Fachtagung werden die
Potenziale zur zusätzlichen Nutzung der
Wasserkraft in der Schweiz quantifiziert
und kritisch diskutiert. Reichen technische
Massnahmen zu deren Realisation oder
braucht es eine Lockerung der Restwasservorschriften
oder eine Verbesserung
der Planungsabläufe und der Verfahren?
Zudem werden verschiedene Einzelfragen
diskutiert wie die Rolle der Pumpwasserspeicherung.
Programm
Der diesem Heft beiliegende Flyer, der
auch als Download auf unserer Webseite
www.swv.ch erhältlich ist, informiert über
das detaillierte Programm.
Kosten
Tagungsbeitrag für Mitglieder SWV:
CHF 270.–
Tagungsbeitrag für Nicht-Mitglieder SWV:
CHF 390.–
Anmeldung
Anmeldungen sind ab sofort möglich
unter: www.umweltschutz.ch oder unter
www.swv.ch
KOHS-Tagung 2012/Symposium CIPC
2012
Regulierung Gewässersysteme – von
der Vorhersage zum Entscheid
Freitag, 20. Januar 2012, Olten
Vendredi, 20 janvier 2012, Olten
Die jährlich von der Kommission Hochwasserschutz
(KOHS) des SWV organisierte
Fachtagung ist diesmal dem Thema
«Regulierung Gewässersysteme – von der
Vorhersage zum Entscheid» gewidmet. Vorhersagen
sind eine wichtige Voraussetzung,
um frühzeitig auf kritische Hochwasser- und
auch Niederwassersituationen reagieren zu
können. Neben wissenschaftlichen Grundlagen
interes-sieren dabei auch die Randbedingungen
aus Sicht der Entscheidungsfindung
und der Politik. Diese Aspekte werden
an der KOHS-Tagung von ausgewiesenen
Fachleuten ausgeleuchtet und diskutiert.
Tagungssprachen/Langues
Die Vorträge werden in Deutsch oder Französisch
gehalten. Es ist keine Simultanübersetzung
vorgesehen.
Les conférences seront présentées en allemand
ou français. La traduction simultanée
n’est pas prévue.
Tagungskosten/Frais
Mitglieder SWV/Membres ASAE
CHF 230.–.
Nichtmitglieder SWV/Non-membres
CHF 300.–.
Studierende/Etudiants
CHF 115.–.
Inkl. Fachtagung, Mittagessen, Pausenkaffee,
exkl. 8% MWSt./Y inclus inscription au
symposium, repas de midi, café, 8% TVA
exclue.
Programm
Der diesem Heft beiliegende Flyer, der auch
als Download auf unserer Webseite www.
swv.ch erhältlich ist, informiert über das detaillierte
Programm.
Anmeldung/Inscription
Anmeldungen sind ab sofort möglich. Bitte
ausschliesslich einfach und bequem über
die Webseite des SWV/Inscriptions uniquement
par le site web de l’ASAE s.v.p:
www.swv.ch
Die Anmeldungen werden nach Eingang
berücksichtigt.
258 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Agenda
Lenzburg 17./18.11.2011
KOHS-Weiterbildungskurs Hochwasserschutz
3. Serie: Gefahrengrundlagen
und Hochwasserbewältigung
Kursangebot des Bundesamt für Umwelt
(BAFU) in Zusammenarbeit mit der Kommission
Hochwasserschutz (KOHS) des SWV.
Information/Anmeldung: über den diesem
Heft beiliegenden Flyer, bzw. direkt über
unsere Webseite: www.swv.ch
Rapperswil 23.–25.11.2011
Stahlwasserbau, Abschlussorgane,
Druckleitungen, Rechenreinigungsmaschinen
HSR, Hochschule für Technik, Oberseestrasse
10, CH-8640 Rapperswil
www.weiterbildung-hydro.ch
Solothurn 24.11.2011
Tagung: Die Rolle der Wasserkraft in
der Energiestrategie 2050
Veranstaltung der Stiftung Praktischer
Umweltschutz Schweiz (PUSCH) zusammen
mit dem SWV.
Information/Anmeldung: über den diesem
Heft beiliegenden Flyer, bzw. direkt über
unsere Webseite: www.swv.ch
Rapperswil 11.–13.1.2012
Betriebsführung und Instandhaltung (F)
HSR, Hochschule für Technik, Oberseestrasse
10, CH-8640 Rapperswil
www.weiterbildung-hydro.ch
Olten 20.1.2012
KOHS-Tagung Hochwasserschutz 2012:
Regulierung Gewässersysteme – von
der Vorhersage zum Entscheid
Veranstaltung der Kommission Hochwasserschutz
(KOHS) des SWV.
Information/Anmeldung: über den diesem
Heft beiliegenden Flyer, bzw. direkt über
unsere Webseite: www.swv.ch
Horw 28.–30. März 2012
Hydromechanik
HSLU – Technik & Architektur,
Technikum strasse 21, CH-6048 Horw
www.weiterbildung-hydro.ch
Rapperswil 6.–8. Juni 2012
Stahlwasserbau, Abschlussorgane,
Druckleitungen, Rechenreinigungsmaschinen
(D)
HSR, Hochschule für Technik, Oberseestrasse
10, CH-8640 Rapperswil
www.weiterbildung-hydro.ch
Literatur
Bericht Umwelt Schweiz 2011
Herausgeber: Bundesamt für Umwelt
BAFU, Bundesamt für Statistik BFS; Publikation:
Juli 2011, 101 Seiten
Der Bericht «Umwelt Schweiz 2011» wurde
wie bereits die Ausgaben 2007 und 2009
vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) und
dem Bundesamt für Statistik (BFS) gemeinsam
erarbeitet. Er gibt einen systematischen
Überblick über den Zustand und
die Entwicklung der Umwelt in der Schweiz
und zeigt insbesondere die Auswirkungen
unseres Lebensstils auf die Umwelt auf.
Der Bericht zieht ausserdem Bilanz über
die getroffenen Massnahmen zur Verbesserung
der Umweltqualität, identifiziert aktuelle
Handlungsfelder und stellt die Fort
schritte der Schweiz denjenigen anderer
europäischer Länder gegenüber
Download oder Bestellung: www.bafu.
admin.ch/publikationen
Die industrielle Schweiz
Die industrielle Schweiz – vom 18. ins
21. Jahrhundert, aufgebaut und ausverkauft
Hans-Peter Bärtschi, 2011, 308 Seiten,
über 350 farbige und schwarzweisse Abb.,
Format 27 × 22 cm, Pappband, ISBN 978-
3-03919-145-1, Verlag: hier + jetzt, CH-
5400 Baden
Bestellungen: www.hierundjetzt.ch
Die Zeiten, als täglich Tausende von Werktätigen
in riesigen Fabrikhallen ihrer Arbeit
nachgingen, gehören in der Schweiz
grösstenteils der Vergangenheit an. Gleichzeitig
steht das Land im Bereich der technologischen
Innovation bis heute an der
Weltspitze. Die Schweiz ist als Industriestaat
zum reichsten Land der Welt geworden.
In den letzten Jahrzehnten ist das
Land als Produktionsstandort stark unter
Druck gekommen; Betriebsschliessungen,
Abbruch und Umnutzung von Industrieanlagen
haben die letzten Jahrzehnte geprägt.
Hans-Peter Bärtschi aus Winterthur
ist der beste Kenner der Schweizer Industriegeschichte.
In einer beeindruckenden
Tour d’Horizon schildert er die vielfältigen
Erfolgsgeschichten, wirft aber auch einen
kritischen Blick auf den Abbau und Ausverkauf
der letzten Jahrzehnte. Das Buch
ist ein leidenschaftliches Plädoyer für den
Werkplatz Schweiz.
Verlag Hier und Jetzt
Die Themen der deutschen «Wasserwirtschaft»
9-10-2011
68 Jahre nach Jambor: Untersuchungen
zum Einfluss einer Wehrschwelle
Michael Gebhardt, Udo Pfrommer, Fabian
Belzner, Norbert Eisenhauer
Verminderung von Bodenerosion durch
nachhaltige Bodenbewirtschaftung
Andreas Klik, Stefan Strohmeier
Temperaturmanagement der Wupper
im Bereich der Kraftwerke Barmen und
Elberfeld
Michael Windmann, Göran Kauermann,
Andreas Hoffmann, Joachim Tischbierek,
Volker Leonhard
Erste sichere Nachweise von Schweinswalen
im Emsästuar
Uwe Walter, Stella Mansky, Tobias Linke
Strömungsvisualisierung auf Blocksteinrampen
in Riegelbauweise
Mario Oertel
Turbulente Strukturen als Erfolgskriterium
von Fischaufstiegsanlagen
Matthias Haselbauer, Carlos Barreira
Martinez
Neubau des Kraftwerkes Bruckhäusl
Andreas Egger
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 259
Nachrichten

Nachrichten
Das Wasserkraftpotenzial in Deutschland
und Europa
Pia Anderer
Ökologische Anforderungen durch die
WRRL
Ute Schneider-Ritter
Zukunft der Wasserkraft in Baden-Württemberg
Helmfried Meinel, Jörg Heimler
Die Very-Low-Head-Turbine – Technik
und Anwendung
Lutz Juhrig
Die Steffturbine – eine auf einem Umlaufband
beruhende Kleinwasserkraftanlage
Andreas Malcherek, Helmut Kulisch,
Christian Maerker
Entwicklung einer kinetischen Strö -
mungsturbine
Albert Ruprecht und Andreas Ruopp
Ausgleichsenergie – Perspektiven für
Pumpspeicher
Peter Vennemann
Erweiterung des Pumpspeicherkraftwerkes
Vianden in Luxemburg mit einer
11. Maschine
Michael Moltrecht
Neubauprojekt Pumpspeicherwerk Atdorf
– Gesamtkonzeption
Stephan Kolb
Die Themen der ÖWAW 5–8/2011
Gesunde Ernährung und Nachhaltigkeit
– Grundlagen, Methodik und Erkenntnisse
eines Forschungsprojektes
in Rahmen des proVISION Programmes
des BMWF
M. Zessner, H. Steinmüller, K.H. Wagner,
M.M. Krachler, S. Thaler, K. Fazeni,
K. Helmich, M. Weigl, K. Ruzicka,
Ernährung und Flächennutzung in
Österreich
M. Zessner, K. Helmich, S. Thaler,
M. Weigl, K.H. Wagner, T. Haider, M.M.
Mayer, S. Heigl
Stickstoff- und Phosphorbelastungen
der Fliessgewässer Österreichs und
Möglichkeiten zu deren Reduktion
C. Schilling, M. Zessner, A. Kovacs, G.
Hochedlinger, G. Windhofer, O. Gabriel,
S. Thaler, J. Parajka, S. Natho
Der Einfluss von Ernährungsgewohnheiten
auf die Nährstoffbilanz Österreichs
S. Thaler, M. Zessner, MM. Mayr, T.
Haider, H. Kroiss, KH. Wagner, K. Ruzicka
Energiebilanzen der österreichischen
Landwirtschaft unter Berücksichtigung
von Ernährungsgewohnheiten
H. Steinmüller, K. Fazeni
Auf der Kanalautobahn zum Erfolg
mit Kanalprognosen
K. Jansen
Schnittstellen im Katastrophenschutz
der Stadt Graz am Beispiel Hochwasser
G. Zenz, A. Hammer, R. Strukely
Hochwasserereignisse in kleinen, urbanen
Einzugsgebieten – Vorhersage
und Vorwarnung am Beispiel Graz
C. Jöbstl, S. Ortner, H. Knoblauch, G.
Zenz
HOWATI – HochWasser Tirol – ein Beitrag
zur Harmonisierung von Bemessungshochwässern
in Österreich
M. Rogger, B. Kohl, H. Pirkl, M. Hofer,
R. Kirnbauer, R. Merz, J. Komma, A.
Viglione, G. Blöschl
Abfall oder Rohstoff? Rechtsgrundlagen
für die Wiederverwertung von
Tunnelausbruchmaterial.
M. Entacher, D. Resch, R. Galler
Trinkwasserversorgung – Frequenzumrichter
VLT ® Low Harmonic Drives
erhalten Netzqualität
P. Leinberger
Industriemitteilungen
Erstes Wellenkraftwerk der Welt kommerziell
angeschlossen
Spanischer Energieversorger EVE Vorreiter:
300 kW Leistung am kommerziellen
Netz.
Zuverlässige Technologie von Voith
Hydro: Über 10 Jahre betriebserprobt.
Minimale Eingriffe in die Umwelt und
hohe wirtschaftliche Synergie: 16
Wellsturbinen in neue Hafenmole von
baskischer Küstenstadt Mutriku integriert.
Das Wellenkraftwerk Mutriku (Quelle: Voith).
Der Energieversorger Ente Vasco de la
Energía (EVE) feierte die offizielle Inbetriebnahme
des Wellenkraftwerks Mutriku
– weltweit das erste in kommerziellem Betrieb
befindliche. Der deutsche Technologieausrüster
Voith Hydro hat für diese
Anlage die Ausrüstung für die 16 Wellsturbinen-Einheiten
geliefert, die eine Gesamtleistung
von 300 Kilowatt haben und
ausreichend Strom für 250 Haushalte produzieren.
Das Projekt Mutriku zeigt: Unsere Technologie
zur Nutzung der Wellenkraft ist kommerziell
einsatzfähig und steht bereit für
den weiteren Einsatz im globalen Markt»,
so Dr. Roland Münch, Vorsitzender der Geschäftsführung
der Voith Hydro Holding.
«Um diese Entwicklung auch künftig zu
fördern, können angemessene Einspeisevergütungen
für Wellenkraft – wie sie
bereits in einigen Ländern existieren – nun
die richtigen politischen Rahmenbedingungen
setzen.»
Die Wellenkrafttechnologie von Voith
Hydro kann sowohl in bestehende Wellenbrecher
und Hafenmauern als auch in
Neubauten integriert werden. Langfristig
belegte Zuverlässigkeit und kontinuierliche
Weiterentwicklung des Designs bilden
die Grundlage der Performance dieser
Technologie. Das weltweite Potenzial der
Meeresenergien liegt bei 1.8 Terawatt und
steht erst am Beginn seiner weltweiten Erschliessung.
Die Voith Hydro OWC-Technologie (oscillating
water column = oszillierende Wassersäule)
ist die heute einzige unter kommerziellen
Bedingungen erprobte. Auf
der schottischen Insel Islay betreibt Voith
Hydro bereits seit über zehn Jahren das
Wellenkraftwerk Limpet, das über 65 000
Stunden am Netz ist und Strom in industriellem
Massstab einspeist.
260 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

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«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 261
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WALO-Wasserbau
Wasserbau ist eine komplizierte Teamarbeit. Deshalb setzen Sie
für Arbeiten auf und unter Wasser mit Vorteil auf eine erfahrene
Gruppe spezialisierter Profis wie das WALO-Wasserbau-Team.
Eisiger Stausee? Turbinen vor Flusskraft-werken oder schlechte
Sicht? WALO begleitet Ihr Projekt mit der richtigen Ausrüstung,
vom Seilbagger über Pontons bis zum Schleppschiff. Gut
zu wissen: Alle Prozesse sind nach ISO 9001, ISO 14001 und
OHSAS 18001 zertifiziert. Das bedeutet Qualität zugunsten von
Kunden, Mitarbeitern, Partnern und späteren Benutzern.
Walo Bertschinger AG
Leimgrubenweg 6
CH-4023 Basel
Telefon +41 61 335 92 92
Telefax +41 61 335 92 90
wasserbau@walo.ch
www.walo.ch
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Abdichtungen
z.B. Betonoberflächen, Staumauern,
Untergrund, Wasser- und Ölhydraulik
IDG-Dichtungstechnik GmbH
Heinkelstrasse 1, D-73230 Kirchheim unter Teck
Tel. +49 7021 9833-0, Fax +49 7021 9833-33
f.knoefel@idg-gmbh.com, www.idg-gmbh.com
Dichtungssysteme für Drehzapfen, Expansion,
Kaplanschaufel, Leitschaufellager, Peltondüse,
Schiebering, Servomotor.
Armaturen
z.B. Rohrbruchsicherungen, Turbinensicherungen,
Grundablass Armaturen
ADAMS SCHWEIZ AG
Werk: Badstrasse 11, CH-7249 Serneus
Verkaufsbüro: Austrasse 49, CH-8045 Zürich
Tel. +41 (0)44 461 54 15
Fax +41 (0)44 461 50 20
u.haller@adamsarmaturen.ch
www.adamsarmaturen.ch
Auslegung, Konstruktion, Produktion, Installation
und Revision von Drosselklappen, Kugelschiebern,
Kegelstrahlschiebern, Ringkolbenschiebern,
Belüftungsventilen, Nadelventilen
und Bypässen.
Generatoren
z.B. Fabrikation, Generatorkühlung,
Vertrieb
COLD+HOT engineering AG
Industrie Neuhaus
Tunnelstrasse 8, CH-8732 Neuhaus SG
Tel. +41 (0)55 251 41 31
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www.cold-hot-engineering.ch
Generator-, Lageröl-, Transformatoröl- und
Luftkühler jeglicher Art. Revision und Massanfertigung
nach Zeichnungen oder Muster.
Hochwasserschutz-Systeme
z.B. Alarmierungseinrichtungen, Objektschutzsysteme,
Überwachungssysteme
Ihr Unternehmen fehlt in
diesem Verzeichnis?
Infos unter:
SWV Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband
Rütistr. 3a · CH-5401 Baden
Tel. 056 222 50 69
m.minder@swv.ch
Hydrografie
z.B. Bathymetrie, Strömungsmessungen,
Sedimentation, Dammuntersuchungen
terra vermessungen ag
Obstgartenstrasse 7, CH-8006 Zürich
Tel. +41 (0)43 255 20 30, Fax +41 (0)43 255 20 31
terra@terra.ch, www.terra.ch
Echolotmessungen, Strömungsmessungen,
Modellkalibrierungen, Sidescan Sonar, Wracksuche,
Georadar, Automatische Messsyste me
für Bauwerks- und Hangüberwachung, hochauflösendes
Laserscanning (Boden/Luft),
Erschütterungsmessungen.
Ingenieurdienstleistungen
z.B. Energiewirtschaft, Hochwasserschutz,
Konzepte, Studien, Wasserbau,
Wasserkraft- und Stauanlagen, Wasserwirtschaft
entec ag
St. Leonhardstrasse 59, CH-9000 St. Gallen
Tel. +41 (0)71 228 10 20
Fax +41 (0)71 228 10 30
info@entec.ch, www.entec.ch
Kleinwasserkraftwerke, Steuerungen,
Turbinen, Wasserbau, Rehabilitierungen,
Vorstudien, Beratung.
Branchen-Adressen
K. FUHRER Engineering
Gaswerkstrasse 66C, CH-4900 Langenthal
Tel. +41 (0)62 923 14 84
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Automatisieren und Modernisieren von Kraftwerk-
und Energieinfrastrukturen. Planung,
Konzepte, Studien, Steuerungen.
Beratung, Planung, Montage- und
Inbetriebnahmeüberwachung von
schlüsselfertigen Kleinwasserkraftwerken.
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Francis) bezüglich gesamtem elektro-
mechanischem Bereich inkl. Leittechnik
und Fernwirksysteme. Revitalisierungen,
Modernisierungen und
Neuanlagen. Trink-, Oberflächen- und
Abwasserkraftwerke.
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9243 Jonswil
T 079 750 12 54
M werner.berchtold@hydro-care.ch
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Instrumentierung
z.B. Druckmessungen, Durchflussmessungen,
Geotechnische Messgeräte,
Stauanlagen, Temperaturmessungen
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Tel. +41 (0)43 355 62 62
Fax +41 (0)43 355 62 60
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Drainagesysteme, Wasserfassungen, Pendel-,
Brunnen-, Sondier- und Tiefbohrungen, Geothermie,
Geophysik und Messtechnik.
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 263
Nachrichten

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z.B. Sandstrahlen, Beschichtungsarbeiten
auf Stahl und Beton
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CH-5312 Döttingen
CH-6010 Kriens
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Tel. +41 (0)55 225 40 20
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info@mkag.ch, www.mkag.ch
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und Stahl, Druckluftstrahlen mit diversen Strahlmitteln,
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Werk und Baustelle.
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Lösen von Transportproblemen.
Schweizerische Fachzeitschrift für Wasserrecht, Wasserbau, Wasserkraftnutzung,
Ge wäs ser schutz, Wasserversorgung, Bewässerung und Entwässerung,
Seenregulierung, Hochwasserschutz, Binnenschifffahrt, Energiewirtschaft,
Lufthygiene.
Revue suisse spécialisée traitant de la législation sur l’utilisation des eaux, des
constructions hydrauliques, de la mise en valeur des forces hydrauliques, de
la protection des eaux, de l’irrigation et du drainage, de la régularisation de
lacs, des corrections de cours d’eau et des endiguements de torrents, de la
navigation intérieure, de l’économie énergétique et de l’hygiène de l’air.
Gegründet 1908. Vor 1976 «Wasser- und Energiewirtschaft», avant 1976 «Cours d’eau et énergie»
Redaktion: Roger Pfammatter (Pfa), Direktor des Schweizerischen Wasserwirtschaftsver bandes
Layout, Redaktions sekretariat und Anzeigenberatung: Manuel Minder (mmi)
ISSN 0377-905X
Verlag und Administration: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, Rütistrasse 3a, CH-5401 Baden, Telefon 056 222 50 69, Telefax 056 221 10 83,
http://www.swv.ch, info@swv.ch, E-Mail: r.pfammatter@swv.ch, m.minder@swv.ch, Postcheckkonto Zürich: 80-32217-0, «Wasser Energie Luft», Mehrwertsteuer-Nr.:
351 932
Inseratenverwaltung: Manuel Minder · Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (SWV)
Rütistrasse 3a · 5401 Baden · Telefon 056 222 50 69 · Fax 056 221 10 83 · E-mail: m.minder@swv.ch
Druck: buag Grafisches Unternehmen AG, Täfernstrasse 14, 5405 Baden-Dättwil, Telefon 056 484 54 54, Fax 056 493 05 28
«Wasser Energie Luft» ist offizielles Organ des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbandes (SWV) und seiner Gruppen: Associazione Ticinese di Economia
delle Acque, Verband Aare-Rheinwerke, Rheinverband und des Schweizerischen Talsperrenkomitees.
Jahresabonnement CHF 120.– (zuzüglich 2,5% MWST), für das Ausland CHF 140.–, Erscheinungsweise 4 × pro Jahr im März, Juni, September und Dezember
Einzelpreis Heft, CHF 30.–, zuzüglich Porto und 2,5% MWST
264 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden

Stahlwasserbau
z.B. Absperrorgane, Panzerungen, Rechen -
anlagen, Rechenreinigungs anlagen
H. ERNE METALLBAU AG
Steiächer, CH-5316 Leuggern
Tel. +41 (0)56 268 00 20, Fax +41 (0)56 268 00 21
erne@h-erne.ch, www.h-erne.ch
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z.B. Unterwasser-Bauausführungen,
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www.taf-taucharbeiten.ch
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Grubenstrasse 2, CH-8045 Zürich
Tel. +41 (0)43 960 82 22
Fax +41 (0)43 960 82 23
ingenieur@willystaeubli.ch
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Werkstofftechnik
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Gleitlager, Zerstörungsfreie- und
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PAN-Metallgesellschaft
Am Oberen Luisenpark 3
Seit 1931
D-68165 Mannheim
Tel.: + 49 (0) 621 42 303-0 • Fax: + 49 (0) 621 42 303-33
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Tel. +41 (0)61 317 84 84
Fax + 41 (0)61 317 84 80
info@svsxass.ch, www.svsxass.ch
Niederlassung Oberhasli
Rütisbergstrasse 12, CH-8156 Oberhasli
Tel. +41 (0)44 820 40 34/35
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Niederlassung Tessin
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Tel. +41 (0)91 730 92 30
Fax +41 (0)91 730 92 31
Niederlassung Yverdon
rue Galilée 15, CH-1400 Yverdon-les-Bains
Tel. +41 (0)21 425 77 40/41/42
Fax. +41 (0)21 425 77 43
«Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden 265

mmi · swv · 9/08
Gesunde Umwelt durch Wasserkraft.
Ökologische Bestnoten:
Im Quervergleich mit anderen Stromer zeugungsarten
hat die Wasserkraft in Sachen
ökologischer Qualität die Nase ganz vorn.
Strom für morgen und übermorgen:
Wasserkraft ist erneuerbare Energie, schont
die Ressourcen und trägt entscheidend zur
Nachhaltigen Strom erzeugung bei.
Trumpfkarte im Klimaschutz:
Die saubere Energiequelle Wasserkraft trägt
massgeblich zur Verbesserung der CO 2 -Bilanz
der Schweiz bei.
Gebannte Hochwasser-Gefahr:
Speicherseen halten bei starken Regenfällen
die Wassermassen zurück und bewahren so
tiefer gelegene Regionen vor Hochwasser.
Raum für neues Leben:
Wo Wasser gestaut wird, entstehen neue, biologisch
wertvolle Wasserfl ächen und Uferzonen.
Eine ganze Reihe davon stehen heute
unter Natur schutz.
266 «Wasser Energie Luft» – 103. Jahrgang, 2011, Heft 3, CH-5401 Baden